Файл: Грузберг, Я. Ю. Судовые парогенераторы учебник.pdf

РАЗДЕЛ

ТЕОРИЯ С У Д О В Ы Х ВТОРОЙ П А Р О ГЕ Н Е Р А ТО Р О В

Глава VII

ТОПЛИВО И ЕГО ГОРЕНИЕ

§ 24. Основные характеристики топлива

Топливом называют различные естественные и искусственные ве­ щества, при сжигании которых выделяется большое количество тепла и которые технически целесообразно и экономически выгодно исполь­ зовать для получения тепловой энергии. Для характеристики топлива пользуются элементарным его составом, дающим процентное содержа­ ние отдельных элементов — углерода С, водорода Н, кислорода О, азота N и серы S в 1 кг топлива. Кроме того, топливо может содержать золу А и влагу W. Горючими элементами топлива являются углерод, водород и сера. Углерод С — основная составляющая топлива. При сгорании 1 кг углерода выделяется 33,9 МДж тепла. Водород Н — весьма активный горючий элемент топлива выделяет при сгорании в четыре с лишним раза больше тепла, чем углерод. Сера S в тепловом отношении представляет собой малоэффективный горючий элемент и при горении выделяет в три с лишним раза меньше тепла, чем углерод.

Различают три основные так называемые массы топлива:

рабочую массу, характеризующую состав топлива в том виде, в ка­

горючую массу, освобожденную от золы и влаги, т. е. безводно­

Применительно к жидкому топливу используют только два поня­ тия рабочей и горючей массы. Горючая масса дает наиболее правиль­ ное суждение о топливе как о горючем. В основу современных стан­ дартов на топливо положена горючая масса. Все тепловые расчеты по топливу ведутся на рабочую массу.

88

Для пересчета элементарного состава топлива горючей массы на рабочую служат соотношения:

Ср + Нр + Sp + Np + Op + Ap + Wp = 84,7 +

+ 10,84 + 0,58 + 0,29 + 0,39 + 0,2 + 3 ,0 = 100%.

Важнейшей характеристикой топлива, определяющей его тепло­ вую ценность, является его теплота сгорания, или теплопроизводи­ тельность, под которой понимают количество теплоты, которое выде­ ляется при полном сгорании 1 кг топлива. Теплоту сгорания выражают в килоджоулях, приходящихся на 1 кг топлива (кДж/кг). Различают высшую и низшую теплоту сгорания.

Высшей теплотой сгорания Qp называется количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании 1 кг топлива с последующим ох­ лаждением продуктов сгорания до температуры конденсации.

Низшей теплотой сгорания Qh называется количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании 1 кг топлива без использования теплоты конденсации паров. Теплота этих паров теряется с уходящими газами.

Согласно определению можно записать зависимость между низшей и высшей теплотой сгорания топлива:

где 2500-ІО3 Дж/кг — теплота образования 1 кг водяного пара.

89

Т а б л и ц а 1

Технические характеристики основных видов натурального топлива

Мазуты

Угли

Теплоту сгорания топлива наиболее точно определяют в лаборато­ рии путем сжигания навески пробы топлива в специальном аппарате— калориметре. Теплоту сгорания можно определить и расчетным пу­ тем, если известен элементарный состав топлива, по формуле великого русского ученого Д. И. Менделеева:

где Ср, Нр, Ор, Sp, Wp — составляющие рабочего топлива, %. Ко­

эффициенты при Ср, Нр и S£ представляют собой количество теплоты, выделяющееся соответственно при сжигании 1 кг углерода С, водо­ рода Н и серы S. Последний член зависимости (11) представляет со­ бой затрату тепла на испарение воды.

90

Подставив значения элементарного состава в формулу (11), получим:

qp = 339-84,7+ 1255-10,84— 109 (0,39 —0,58) —

—25(9-10,84 + 3) = 39780-ІО3 Дж/кг.

Расчетные характеристики топлива СССР разработаны Всесоюз­ ным теплотехническим институтом. В табл. 1 приведены характери­ стики основных видов топлив, используемых в судовых парогенера­ торах.

В современных судовых парогенераторных установках в качестве топлива используют главным образом мазут.

Качество мазута определяется рядом физико-химических показа­ телей, основными из которых являются: вязкость, плотность, темпе­ ратура вспышки, температура воспламенения, температура застыва­ ния, содержание воды, серы и золы.

Вязкость мазута является одним из основных показателей мазута, определяющих его текучесть и качество распыливания. Измеряется вязкость прибором — вискозиметром в условных градусах (°ВУ) или градусах Энглера (°Е). Условную вязкость характеризует отвлечен­ ное число, показывающее отношение времени истечения 200 мл испы­ тываемого нефтепродукта при данной температуре ко времени исте­

мазут подогревают до температуры 80— 110° С в зависимости от его марки с таким расчетом, чтобы вязкость перед форсунками не превы­ шала 4,5—5,0° ВУ. Для перекачки мазута достаточно подогреть его до 40—50° С.

Плотность определяет массовое количество топлива в цистернах и составляет 0,88—0,99 г/см3.

Температура вспышки характеризует такое тепловое состояние мазута, при котором выделяющиеся из него пары способны воспла­ мениться при наличии воздуха и искры. Температура вспышки мазута, используемого в судовых установках, должна быть не ниже 90° С.

Температурой воспламенения называют такую температуру, при которой топливо после вспышки горит не менее 5 с. Температура вос­ пламенения выше температуры вспышки на 15—20° С.

Температурой застывания называют такую температуру жидко­ сти, при которой ее поверхность в пробирке, наклоненной на 45°, не возвращается в горизонтальное положение в течение 1 мин. С уве­ личением вязкости температура застывания растет. Она меняется в пределах от —8 до +15° С. На судах применяют мазут с темпера­ турой застывания не выше —5° С.

Содержание серы в жидком топливе нормируется и является не­ желательным. По содержанию серы все мазуты принято разделять на малосернистые (не более 0,5% серы), сернистые (0,5—1% серы) и высокосернистые (свыше 1% серы). Содержание серы в мазуте для судовых парогенераторов должно быть не более 3,5%.

Зольность характеризует содержание в мазуте минеральных при­

91