Файл: Бельский, В. И. Промышленные печи и трубы учеб. пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 16.10.2024
Просмотров: 93
Скачиваний: 0
Т а б л и ц а 11
Общая классификация топлива
Происхождение
Агрегатное состояние
естественное |
искусственное |
Твердое |
Уголь, дрова, торф, |
|
горючие сланцы |
Жидкое |
Нефть |
Газообразное |
Природный газ |
Кокс, древесный уголь, брикеты, угольная пыль и др.
Мазут и другие продукты пере работки нефти
Газы: доменный, коксовальный, генераторный, нефтяной, светиль ный и др.
и горючие сланцы используют главным образом только для по лучения искусственного газа.
Топливо состоит из: органической массы, в которую входят углерод С, водород Н, кислород О и азот N, а также из серы S, воды и минеральных веществ (золы). Вода обычно обозначается символом W, зола— А. Горючими составляющими топлива яв ляются только углерод, водород и часть серы (так называемая летучая горючая сера), однако к горючей части топлива относят также кислород и азот. Нелетучая сера, входящая в состав не горючих примесей топлива, переходит вместе с ними в золу. Химический состав твердого и жидкого топлива принято вы ражать в процентах по массе, а газообразного — в процентах по объему, за исключением содержания влаги, которое выра жается массой воды в единице объема сухого газа и имеет раз мерность в г/м3. Таким образом, на основе элементарного хи мического анализа схему топлива можно представить следую щим образом:
|
|
|
|
|
Состав |
|
|
|
Индексы |
с |
н |
о |
N |
®гор |
Снегор |
А |
W |
|
||||||||
0 |
Органическая масса |
|
|
|
|
|
||
г |
Горючая |
масса |
|
|
|
|
|
|
сСуха я масса
рРабочее топливо
55
При указании состава топлива пользуются приведенными в схеме индексами: С° обозначает содержание углерода в органи ческой массе топлива, Нг — содержание водорода в горючей мас се; Лс — содержание золы в сухой массе и Wр — содержание влаги в рабочем топливе.
Для пересчета топлива из одного состава в другой применя ют формулы, приведенные ниже:
|
|
.г |
100 |
|
|
|
|
100 — sr |
|
|
|
|
100 |
|
|
100- ( Sc + |
л с) |
||
|
|
|
100 |
|
|
100- |
( Sc+ Ap + W р) |
||
|
|
|
100 — sr |
|
|
|
|
100 |
|
|
Хг = |
Xе |
100 |
|
|
100 — л с |
|
||
|
|
|
|
|
1-г _ |
Y-P - |
|
100 |
wp) |
|
loo— (лр + |
|||
|
100 — ( sc + лс) |
|||
|
|
|
100 |
|
|
X L = |
X1 |
100 — Лс |
|
|
100 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
100 — wp |
|
|
100- |
( |
s p + л р + wpI |
|
уР — у0 |
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
хр = |
100 |
(Лр + |
Г р і |
|
хг |
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
l-P = |
|
100 —w p |
|
|
Vе . |
|
||
|
|
|
100 |
|
( 1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
( 8)
(9)
( 10)
(1 1)
( 12)
Пример. Состав рабочего топлива (угля): Г р= 4,5%; Лр = 9%; Sp=
=4,1% ; О» = 5,5%; N»=1,6% ; № = 4,2%; |
C» = 71,l%, всего 2 р=100% . |
Тогда содержание углерода в органической |
массе будет |
™ |
100 |
-71 1 |
ЮО |
= 86,3% . |
С° = СР — ----- |
. г:---------- |
Г— = 71,1 |
-------------------------------100 — (4,1 + 9 + 4,5) |
|
100 — (S° + Лр + |
ГР) |
|
||
56
В горючей массе топлива
Сг = |
СР • |
100 |
|
100 |
|
|
|
|
WP) |
= 71, |
= 82,3%. |
||
|
100 — (Ар + |
100 — (9 + 4,5) |
||||
В сухой |
массе |
100 |
|
|
|
|
Сс = СР |
|
71, |
100 |
|
||
100— |
WP |
= 74,5% и т. д. |
||||
|
|
|
100 — 4,5 |
|
||
Химический состав газообразных горючих дают в процентах по объему содержания составных частей в сухой газовой смеси:
СО2, СОс, СН4, Н2, О2, Сп Hm (CnHm соответствует общему содержанию тяжелых углеводородов). Если взять содержание
влаги |
на 1 |
м3 сухого газа W г/м3, то |
пересчет |
состава сухого |
|||
газа в |
состав влажного газа |
производят |
исходя из того, что |
||||
объем |
|
|
|
|
|
22,4 |
|
1 кг водяного пара при 0° С и 760 мм рт. ст. Ѵ= ~^Г — |
|||||||
= |
1,24 м3/кг, откуда объем Wr составит |
1 |
24W |
м3, а объем вла- |
|||
------ |
|||||||
ги |
на |
100 |
м3 сухого газа: |
|
1000 |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
100-1.24И7 |
0,1241Ѵм3. |
(13) |
||
|
|
|
1000 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тогда состав влажного газа выразится следующими форму |
||||||
лами: |
|
|
юо01* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
СОГ = С02с 100 + 0,124117 |
% [13] , |
|
||
|
|
|
СОвл= СОс |
100 |
(14) и т. д. |
||
|
|
|
0,124117 |
||||
|
|
|
100 + |
|
|
|
|
Углерод и водород являются наиболее важными составляю щими топлива, основными носителями тепловой энергии. Азот, находящийся в топливе, в горении не участвует и является бал ластом органической части топлива, полностью переходя в про дукты горения. Кислород также является балластом органи ческой части топлива. В отличие от азота он не только понижает процентное содержание других элементов, но и образует с ними ряд соединений (Н2О, СО2, SO2 и др.), тем самым исключая их в дальнейшем из процесса горения. Зола и влага являются со ответственно балластом сухой и рабочей массы топлива.
Теплота сгорания топлива. При сгорании происходит соеди нение горючих элементов топлива с кислородом по реакциям: С + 0 2 = С 02; Н2+0,5О2 = Н2О; Sn+ 0 2 = S02, с выделением теп ла. Чем больше тепла выделяет топливо, тем выше его цен ность. Количество тепла в килоджоулях (кДж) [больших кало
риях (ккал)], выделяемое при полном сгорании |
1 кг твердого |
|
или жидкого топлива или |
1 м3 газообразного топлива, называют |
|
т е п л о т о й с г о р а н и я |
т о п л и в а . Ее размерность кДж/кг |
|
[ккал/кг], кДж/м3 [ккал/м3] или кДж/кмоль |
[ккал/кмоль]. |
|
57
В зависимости от того, в каком состоянии— парообразном или жидком — будет влага, находящаяся в продуктах горения, уста новлены два понятия теплоты сгорания топлива: низшая QH, ес ли влага находится в парообразном состоянии, и высшая QB, если водяные пары сконденсированы до жидкости. Превращение 1 кг воды из жидкого состояния в парообразное при темпера
туре 20° С требует затраты 2515 кДж |
[~ 6 0 0 |
ккал]. Так как в |
||
продуктах горения содержится |
влага |
топлива |
W і и вода, полу- |
|
/ |
Н |
О |
18 |
\ |
ченная от сгорания водорода IW2 = —— = — = 91, то разница |
||||
V |
Н 2 |
2 |
I |
|
между высшей и низшей теплотой сгорания топлива составит
— QH=2515 |
{W, + W2)= 2515 |
(W ,+9H) кДжІкг [600 |
(№ ,+ |
||
.+9Н) ккал/кг] |
или если W\ |
и Н |
выражают |
содержание |
воды |
и водорода в топливе в %, |
QB—QH=25,15 |
(\Ki-f9H) кДж/кг |
|||
[6(W71-f9H) ккал/кг]. Как видно |
из уравнения, увеличение со |
||||
держания влаги в топливе отрицательно сказывается на теплоте сгорания топлива: чем больше Wu тем больше разность между
QB и QH. В зависимости от того, к рабочему или сухому составу топлива относится теплота сгорания, ее обозначают с соответ
ствующим индексом: Ql, Ql, Ql, Ql и т. д.
В лабораторных условиях теплоту сгорания топлива опре деляют сжиганием навески топлива в калориметрической бом бе, заполненной кислородом. Учитывая повышение температуры воды, находящейся в калориметре, получают количество тепла, выделившегося при сгорании навески топлива. Теплоту сгорания топлива можно подсчитать и по элементарному составу топлива.
Для подсчета теплоты сгорания твердого и жидкого топлива
пользуются формулами русского ученого Д. И. Менделеева: |
|
||
QB = 4,187 [81СР + 300НР — 26 (Ор — Sp)] кД ж /кг |
|
||
[81СР + 300НР— 26 (Ор — Sp) ккал/кг] |
(15) |
||
или QH= |
4,187 [81СР + |
246НР — 26 (Ор — Sp) — |
|
|
— 6 Г Р] кДж /кг |
|
|
[81СР + |
246НР — 26 (Ор — Sp) — 6 Г Р ккал/кг]. |
(16) |
|
Для подсчета теплоты сгорания газообразного топлива при |
|||
меняют формулы: |
|
|
|
QB = 4,187 (30,5СО + |
30,5Н2 + 95,ЗСН4 + |
|
|
|
+ 152,5С2Н4 + |
60H2S) кДж/м3 |
|
[QB= 30,5СО + 30,5Н2 + 95,ЗСН4 +
+ 152,5С2Н4 + 60H2S ккал/м3]; |
(17) |
QH = 4,187 (30,5CO + 25,8Ha + 85,9CH4 +
+ 143C2H4 -j- 55,2HaS) кДж/м3
58
|
[Q„ - |
30,5CO + |
25,8H2 + 85,9CH4 + |
|||||||||
|
+ |
143C2H4 + |
Ь |
|
Ь , |
ккал/ мй\. |
(18) |
|||||
Пример 1. Определить теплоту сгорания угля состава |
|
|||||||||||
|
WP = 4,5%; |
А р = 9%; |
|
SP = |
4,1%; |
OP = |
5,5%; |
|||||
|
NP = 1 , 6 %; |
HP = |
4,2%; |
CP == 71,1%; |
||||||||
Ql = 4,187 [81Cp + |
300HP - |
26 (Op - |
Sp)] = 4,187 [81 • 71,1 + 300 • 4,2 - |
|||||||||
|
— 26 (5,5 — 4,1)] = 29 100 к Д ж /к г [6984 ккал/кг]-, |
|||||||||||
Qp = 4,187 [81Cp + |
246HP - |
26 (Op - |
Sp) - |
61FP] = |
||||||||
= |
4,187 [81-71,1 + 246-4,2 — 26 (5,5 — 4 ,1) — 6-4,5] = |
|||||||||||
|
= |
|
28 200 к Д ж /к г |
[6732 к к а л /к г ] . |
|
|
||||||
Пример 2. Определить теплоту сгорания коксовального газа состава |
||||||||||||
HaS = 0.4%; |
С02 = |
2,3%; |
СаН *= 1,9% ; |
О2 = 0,8%; |
||||||||
СО = 6,8%; |
|
Н2 = 57,5%; |
СН4 = 22,5%; N2 = 7,8%; |
|||||||||
QB = |
4,187 [30,5-6,8 + |
30,5-57,5 + |
95,3-22,5 + |
|
152,5-1,9 + |
|||||||
|
+ 60 -0,4]= |
18500 к Д ж /м 3 [4422 к к а л /м 3]', |
||||||||||
QH= |
4,187 (30,5-6,8 + |
25,8-57,5 + |
85,9-22,5 + 143 -1,9 + |
|||||||||
|
+ 55,2-0,4 = 1 6 450) |
к Д ж /м 3 [3925 к к а л /м 3). |
||||||||||
Для сравнительной оценки тепловой ценности различных ви дов топлива введено понятие тепловой э к в и в а л е н т т о п л и - в а, которым называют отношение теплоты сгорания данного топлива к теплоте сгорания условного топлива, принятой равной
QH = 2 9 310 кДжІкг |
[7000 ккал/кг], З т= |
QH |
|
|
|
||||
|
|
7000 _ |
|||||||
|
|
|
|
|
29 310 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 12 |
|
|
|
Тепловые эквиваленты топлива |
|
|
|
|
||
|
Наименование топлива и марка |
|
|
|
Тепловой |
||||
|
|
|
|
эквивалент |
|||||
Мазут малосернистый марки 1 0 |
.............................................................. |
|
|
|
|
1,425 |
|||
Донецкий каменный уголь «К», рядовой.................................. |
|
|
|
0,969 |
|||||
Донецкий антрацит (среднее значение для всех марок) . |
. |
0,934 |
|||||||
Кузнецкий каменный уголь (среднее значение для всех ма |
1 |
||||||||
рок) ....................................................................................................... |
|
|
|
рядовой |
|
|
|
||
Карагандинский каменный уголь, ............................. |
|
|
|
0,855 |
|||||
Челябинский |
бурый уголь «Б К » .................................. |
|
|
|
|
|
0,605 |
||
Доменный газ Q^ = 3820 кДж/м3 ...................[910 |
ккал/м3] |
|
|
|
0,13 |
||||
Коксовальный газ |
Q° =16 400 кДж/м3 |
[3925 ккал/м3] . |
. |
. |
0,56 |
||||
Природный |
газ |
Саратовского |
месторождения |
|
Q „ = |
1,217 |
|||
= 35 500 кДж/м3 [8510 |
ккал/м3] ..................................................... |
|
|
|
|
|
|||
Природный |
газ |
Дашавского |
месторождения |
|
Q ' = |
1,21 |
|||
— 34 700 кДж/м |
[8467 ккал/м3] ..................................................... |
|
|
|
|
|
|||
59