10-топливо и его сжигание в печах




Скачать 340.37 Kb.
Название10-топливо и его сжигание в печах
страница1/3
Дата публикации27.06.2013
Размер340.37 Kb.
ТипДокументы
zadocs.ru > Химия > Документы
  1   2   3



10-ТОПЛИВО И ЕГО СЖИГАНИЕ В ПЕЧАХ


10-ТОПЛИВО И ЕГО СЖИГАНИЕ В ПЕЧАХ

Преобразование химической энергии топлива в теплоту происходит в процессе горения, который представляет собой цепную реакцию окисления горючих элементов топлива. Продукты горения топлива в печах должны быть газообразными и безвредными для человека и природы. До недавнего времени считалось, что этим требованиям удовлетворяют два химических элемента - углерод (С) и водород (Н), а также их химические соединения - углеводороды. К настоящему времени выяснилось, что безвредным, топливом является только водород, в результате горения которого образуются пары воды. Продукт горения углерода СО2, десятилетиями накапливаясь в атмосфере, создает вокруг земли "парниковый эффект", изменяющий климатические условия, что может привести к экологической катастрофе. Мировое сообщество осознало эту опасность и с 90-х годов прошлого века принимает меры по сохранению объема использования углеродного топлива на существующем уровне.
^ 1. Теплота сгорания

Это наиболее важная характеристика топлива.

Теплота сгорания показывает, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании единицы топлива. Для твердого и жидкого топлива такой единицей служит 1 кг, для газообразного -1м3 при нормальных условиях. Единица измерения теплоты сгорания - Дж/м3 или кратные единицы кДж/кг, кДж/м3, МДж/кг. МДж/м3. Используют также внесистемную единицу ккал/кг и ккал/м3 (1ккал=4,187 кДж).

^ Твердое и жидкое топливо содержит следующие элементы: углерод (С), водород (Н), кислород (О), азот (N), серу (S), а также золу (А) и влагу (W).Содержание каждого элемента измеряется в % массы. Различают органическую, горючую, сухую и рабочую (влажную) массу топлива. В табл. 1 представлен их элементарный состав и обозначение (индекс).

^ Газообразное топливо состоит из смеси газов, содержание которых измеряют в % объема. Различают составы сухого и влажного (рабочего) газа.
Таблица

Элементарный состав твердого и жидкого топлива
















Индекс

С




Н

N




О




S




А

W

О




органическая масса



















Г




горючая масса
















С




сухая масса













Р




рабочая (влажная масса)











Теплоту сгорания обычно относят к 1 м3 влажного (рабочего) газа и к 1 кг влажного (рабочего) твердого и жидкого топлива. Её обозначают Qp. В зависимости от агрегатного состояния Н2О в продуктах горения теплота сгорания топлива может быть высшей Qвр или низшей Qнp. Если Н2О в продуктах горения находится в виде водяного пара, то теплота сгорания будет низшей, так как она не включает теплоту конденсации пара 2257кДж/кг (539ккал/кг). В высшую теплоту сгорания включают теплоту конденсации пара, образовавшегося при горении единицы топлива, и теплоту, выделяемую водой при охлаждении её от 100°С до ~ 40°С при атмосферном давлении. Поэтому разница между Qвр и Qнp составляет 2500 кДж на 1 кг Н2О.

Температура дымовых газов, уходящих из металлургических печей, превышает 100°С, поэтому пар в них не конденсируется и в расчетах нужно пользоваться величиной Qнp.

Формулы для расчета Qнp имеют следующий вид:

1) для газообразного топлива

Qнp =127,7·СО +108·Н2 +358·СН4 +590·С2Н4 +555·С2Н2 +

+636·С2Н6 +913·С3Н8 +1185·С4Н10 +1465·С5Н12 +234·H2S кДж/м3, где СО, Н2 СН4 и т.д. - процентное содержание газов в 1 м 3 влажного (рабочего) топлива;

2) для твердого и жидкого топлива (формула Д.И.Менделеева)

Qнp = 340·Ср + 1030·Нр - 109 (Ор - Sp) - 25 Wp кДж/кг, (2)

где Ср, Нр, Ор, Sp - процентное содержание элементов в 1 кг влажного (рабочего) топлива.
^ 2. Основные виды топлива для металлургических печей. Условное топливо

Кокс - твердое топливо для доменных печей - производится на коксохимических предприятиях путем термической обработки (коксования) каменного угля в коксовых печах (батареях). Каменный уголь нагревают до 800°С без доступа воздуха, при этом из него выделяются смолы, газо­образные вещества (летучие), и в печи остается кокс - твердый остаток в виде отдельных кусков. В органической массе кокса содержатся С0 =96,5-97,5%; Н°=0,5-0,8%; О0=0,3-0,4%; в горючей массе есть сера Sг=0,5-1,5%. Теплота сгорания кокса зависит от количества золы и влаги. В среднем она равна 29,3 МДж/кг (7000 ккал/кг).

Газообразные вещества, выделившиеся при коксовании, также используются в качестве топлива, которое называют коксовым газом. Сухой, очищенный от серы и смол коксовый газ имеет следующий состав:

Н2с =46-61%; СН4с=21-30%; С mНnc=1,5-3,0%; СОС =4-8%; N2c=3,6-18%; О2c= 0,3-1,7%. Теплота сгорания составляет в среднем 17МДж/м3 (~ 4000 ккал/м3).

^ Природный газ поступает на предприятия с помощью компрессорных установок по газопроводам. Он содержит 92-98% метана (СН4) и имеет высокую теплоту сгорания 33-38 МДж/м3, а в среднем его Qнp = 35 МДж/м3 (8300 ккал/м3).

Наиболее бедным газообразным топливом является доменный газ, который получают при выплавке чугуна. В его составе только третья часть объема содержит горючие вещества, в основном СО. Состав сухого домен­ного газа следующий: СОС = 28,5-29,5%; СН4c= 0,1-0,4%; Н2 = 1,3-2,5%; СО2 =10-11%; N2 =58-59%. Он имеет низкую теплоту сгорания 3,5-4,0 МДж/м3 (850-950 ккал/м3). Основной вид жидкого металлургического топлива - мазут. Это продукт перегонки нефти. Его привозят на металлургические предприятия с нефтеперегонных заводов в железнодорожных цистернах, из которых сливают в цеховые мазутохранилища. По содержанию горючих веществ мазут относится к богатым видам топлива. Теплота сгорания мазута составляет 40-42 МДж/кг (9500-10000 ккал/кг). В его составе: Сг=85-87%; Нг=10-12,5%; Nг=0,5-1,0%; Sг=0,4-3.0%. Разные марки мазута различают по вязкости (жидкоподвижности). Так, при подогреве до 50°С мазут марки 100 вытекает из мерного сосуда с калиброванным отверстием в 100 раз дольше, чем вода, а мазут марки 40 - в сорок раз дольше.

^ Условное топливо. На металлургических предприятиях для отопления печей используют разные виды топлива. Для эквивалентного учета и сопоставления расходов топлива с различной теплотой сгорания было предложено вести учет расхода топлива не в м газа или в кг мазута, кокса, а в кг условного топлива (усл.т), теплота сгорания которого равна Qyсл.т=7000ккал/кг (29,3МДж/кг). Это равносильно тому, что учет будут вести по количеству теплоты топлива Q в мДж, израсходованной на производство продукции, но в более осязаемой форме - в килограммах или тоннах условного топлива. Чтобы найти расход условного топлива, нужно перевести МДж в кг.усл.т, а именно:


^ 3. Реакции при сжигании топлива

При сжигании топлива происходят реакции:

СО+O2=CO2+qэкз СО2

H2+1/2 О2=H2O+qдrp H2O

В качестве окислителя используется воздух: 21%O2+79%N2

Дымовые газы представляют собой смесь из СО2-10%, H2O-20% и N2- 70%. При высокой температуре СО2 и H2O обладают способностью излучать и поглощать тепло, а также создавать конвективную составляющую.

В рабочем пространстве мы можем развить температуру 1500°C-



Qнр- теплотворная способность топлива (низшая рабочая).

Она идет с учетом влажности. Qнс -сухое топливо.

Qнр Qнс, т.к. пары воды займут часть объема

- физические теплоты воздуха и топлива

Если t°C воздуха =0, то Qфв и Qфт=0

Сп.г.- теплоемкость продуктов горения

-объем продуктов горения.

Тдействительная=Ткал (на основе закона о сохранении энергии)

- пирометрический коэффициент, учитывающий безвозвратные потери теплоты данной системы.

= 0.65-0.75- для камерных печей

= 0.75-0.85- для печей непрерывного действия.

Если воздух будет холодным, по Ткал падает, а Тдейств увеличивается.

При горячем воздухе снижается потребление горючего.

Пути повышения калометрической температуры горения топлива:

Qфв - за счет подогрева

Qфт - за счет подогрева

Vп.г. -за счёт обогощения дутья кислородом (снижение сожержания N2 в воздухе и дымовых газах).
Реакции, происходящие в печи: С+О2=СО2+qэкзотерм и Н2+0.5О22О+qэкзотерм

Содержания природного газа 90- 95%.

В качестве окислителя в обычных условиях используется воздух, который состоит из 21% - кислорода и 79% - азота.

Дымовые газы представляют собой смесь из СО2 – 10% , Н2О – 20% и N2 – 70%. При высокой температуре СО2 и Н2О обладают способностью излучать и поглощать тепло, а также создавать конвективную составляющую.

В рабочем пространстве печи можем развить температуру примерно до 1500 0С. Действительная температура будет примерно равна 1800К. Действительная температура связана с каллометрической:

Ткал=(Qнр+Qфв+Qфт)/(СпгVпт) (применили закон сохранения энергии)

Qнр – теплота сгорания топлива, низшая, рабочая (химическая теплота топлива). Разница между Qнр и Qвр заключается в том, что Qнр < Qвр.

Qнс – теплота сгорания сухого топлива. Qнр < Qнс

Qфв и Qфт – физические теплоты воздуха и топлива. Если температуры воздуха и топлива равны 0 0С, то и Qфв и Qфт соответственно равны нулю.

Спг – теплоемкось продуктов горения.

Vпг – объем продуктов горения.

Закон сохранения энергии, если Спг и Vпг перенести в левую часть:



- пирометрический коэффициент, учитывающий безвозвратные потери теплоты в данной системе (в рабочем пространстве печи). определяют опытным путем.

=0.65…0.75- для печей периодического действия.

=0.75…0.85-для печей непрерывного действия.

Регулератор в печи предназначен для увеличения Qфв за счет теплоты отходящих дымовых газов. За счет увеличения Qфв увеличивается и Ткал и Тдейств, а это нежелательно. Следовательно нужно уменьшить подачу топлива для поддержания требуемого технологического режима. Если регулератор прогорит , то может произойти взрыв.

Ткал может быть увеличено за счет обогащения дутья кислородом.

Мазут подогревают (особенно в зимнее время) до 300 0С (не более, так как может произойти спекание).

Шибер предназначен для регулирования давления в рабочем пространстве печи. В печи должно быть небольшое избыточное давление. При работе печи с переменной тепловой нагрузкой меняется расход топлива, а следовательно и объем (выход) продуктов горения.
^ 4. Полное и неполное горение топлива. Коэффициент расхода воздуха

Для горения топлива необходим кислород, который содержится в воздухе. Топливо и воздух называют компонентами горения.

Объем воздуха, необходимый для полного сгорания единицы топлива (1кг или 1м3), называют теоретическим объемом воздуха и обозначают Lo. Его вычисляют по химическим реакциям окисления составляющих топлива, приведенным в таблице 2. Сначала определяют необходимый объем кислорода Vо2 , а затем воздуха:

,

где Ко2 - содержание кислорода в воздухе в частях объема.


Таблица 2

Реакции горения компонентов топлива и теоретический расход кислорода на их сжигание

№ пп

Горючие вещества

Реакции горения

Расход кислорода







Единица измерения

V02

1

Углерод С

С+О2 = СО2

м3/кг

1,867

2

Водород Н2

Н2+0,5·О2 = Н2О

м3/кг

м33

5,6 0,5

3

Cepa S

S+O2 = SO2

м3/кг

0,7

4

Оксид углерода

СО+0,5О2 = СО2

м33

0,5

5

Сероводород H2S

H2S+1,5O2 = H2O+SO2

м33

1,5

6

Метан СН4

СН4+2О2 = СО2+2Н2О

м33

2,0

7

Углеводороды CmHn

CmHn+(m+n/4 ) O2=

= m·CO2+(n/2)·H2O

м33

m+n/4



В обычном воздухе КО2=0,21 или 21% и 79%N2. При обогащении воздуха кислородом КО2>0,21. На практике для обеспечения полного сгорания топлива нужен некоторый избыток воздуха в количестве 5-25% от теоретически необходимого в зависимости от типа сжигательных устройств.

Отношение фактического объема воздуха Ln к теоретически необходимому Lo называют коэффициентом расхода воздуха n=Ln/L0. При достаточном избытке воздуха (n> 1) происходит полное сгорание топлива. В продуктах полного горения содержатся СО2, Н2О, N2 (из топлива и воздуха) и свободный кислород О2. Фактический объем продуктов горения -дымовых газов - Vд больше, чем теоретический при n=1, на величину объема избыточного воздуха.

При недостатке воздуха, т.е. при n< 1, сгорание топлива становится неполным. В продуктах неполного горения появляются оксид углерода СО, водород Н2. Несгоревший метан СН4 и тяжелые углеводороды СmНn входящие в состав топлива, разлагаются на водород и сажистый углерод. Сажа в виде копоти сопутствует горению с недостатком воздуха. При большом недостатке воздуха в продуктах горения появляется неразложившийся метан и другие углеводороды.

Химический недожог топлива при n<1 обычно является вредным явлением, поскольку приводит к перерасходу топлива. В ряде случаев недожог необходим для создания восстановительной газовой среды, например, в доменных печах, в нагревательных печах безокислительного нагрева металла.

Состав сухих продуктов горения, т.е. без учета содержания Н2О, определяют с помощью газоанализатора. Величина химического недожога определяется по формуле:

QХН=(127,7·СОДс+108·Hc+358·СH4 дc)·Vдс, кДж/м3,

где СОДс, Hc, СH4 дc - объемное процентное содержание горючих компонентов в сухих дымовых газах; Vдс - объем сухих дымовых газов при сжигании единицы топлива с учетом химического недожога, м3 /ед.топлива.
  1   2   3

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

10-топливо и его сжигание в печах iconВозможные неисправности двигателей и методы их устранения
Не подается топливо в карбюратор (при нажатии на утолитель топливо не вытекает из поплавковой камеры карбюратора)

10-топливо и его сжигание в печах iconОсновные физико-химические процессы получения чугуна в современных...
Чугун выплавляется из железной руды в доменных печах. Доменная печь имеет стальной кожух толщиной до 40 мм., выложенный изнутри огнеупорным...

10-топливо и его сжигание в печах iconПрограмма тренировок
Общее укрепление мышц, сжигание жиров, формирование правильной осанки, улучшение системы кровообращения и укрепление сердца

10-топливо и его сжигание в печах iconВопрос Выделение гпд из оксидного топлива в процессе его выгорания
ПД(накоплением). У них меньш плотность чем окс топливо. Теплоёмкость ухудшают Xe и Kr. Твердое распухание зависит от: 1)Глубины выг-я...

10-топливо и его сжигание в печах iconКурс 3 Основные физико-химические процессы получения чугуна в современных...
Виды и конструкции полимерных изоляционных материалов (на основе пэ и пвх) для защиты магистральных и технологических трубопроводов...

10-топливо и его сжигание в печах icon1. Методические указания к лабораторным работа по дисциплине "Материаловедение"/Под...
Целью лабораторных работ является развитие у студентов навыков самостоятельной работы на приборах и электрических печах, освоения...

10-топливо и его сжигание в печах iconТитановый катализатор
В первой камере осаждаются тяжелые фракции, попавшие в топливо, а также селективная очистка дизельного топлива от сернистых соединений...

10-топливо и его сжигание в печах iconКаждому своё
Может быть, сжигание ведьм на кострах или рыцарские турниры и придавали тому бытию нечто особенное. Борьба за идею, не во благо материального...

10-топливо и его сжигание в печах icon3. Банковская система России. Принципы банковской деятельности
Ожидаемое повышение ставки рефинансирования, рост издержек на топливо, сырье и труд оказывают сильное негативное воздействие на инвестиционную...

10-топливо и его сжигание в печах iconЕргин Добыча «Добыча»
В приложении дается хронология особо значимых событий в отрасли, а также графики соотношения объема производства и цен на нефть и...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
zadocs.ru
Главная страница

Разработка сайта — Веб студия Адаманов