Скачать презентацию дисциплины Теплотехника и ТУ Источники тепла и теплоносители Скачать презентацию дисциплины Теплотехника и ТУ Источники тепла и теплоносители

Л 10 Источники тепла топливо.ppt

  • Количество слайдов: 30

дисциплины «Теплотехника и ТУ» Источники тепла и теплоносители Лекция Ассист. проф. Байсариева Анара Мырзакуловна дисциплины «Теплотехника и ТУ» Источники тепла и теплоносители Лекция Ассист. проф. Байсариева Анара Мырзакуловна

План лекций n Виды и характеристика топлива. n Устройство для сжигания твердого, жидкого и План лекций n Виды и характеристика топлива. n Устройство для сжигания твердого, жидкого и газообразного топлива. n Основные виды теплоносителей. n Определение расхода воздуха на горение, количество и температуру продуктов сгорания твердого и жидкого топлива.

ИСТОЧНИҚИ ТЕПЛА ДЛЯ ТЕПЛОВЫХ УСТАНОВОК СТРОИТЕЛЬНОЙ ИНДУСТРИИ n В тепловых установках строительной индустрии используют ИСТОЧНИҚИ ТЕПЛА ДЛЯ ТЕПЛОВЫХ УСТАНОВОК СТРОИТЕЛЬНОЙ ИНДУСТРИИ n В тепловых установках строительной индустрии используют различные теплоносители (или по терминологии термодинамики — рабочие тела), водяной пар, перегретую воду, масла, воздух, дымовые газы и парогазовые смеси. В отдельных случаях теплоту генерируют также электронагревателями. Применяют преимущественно водяной пар в установках для тепловлажностной обработки бетонов, нагретый воздух, используемый в сушильных установках, и дымовые газы, являющиеся теплоносителями в пламенных печах и в некоторых видах сушильных установок. Генерирование всех видов теплоносителей прямо или косвенно связано с сжиганием топлива. Поэтому знание состава и свойств промышлен-ных видов топлива, а также теории горения и техники их сжигания необходимо для квалифицированного проектирования и эксплуатации тепловых установок.

ВИДЫ ТОПЛИВА И ЕГО СОСТАВ n В технике топливом называют вещества, реакция соединения которых ВИДЫ ТОПЛИВА И ЕГО СОСТАВ n В технике топливом называют вещества, реакция соединения которых с кислородом воздуха сопровождается выделением света и тепла 1. Д. И. Менделеев называл топливом горючие вещества, сжигаемые для получения тепла. Но не все горючие вещества могут быть использованы в качестве промышленного топлива. Для этого они должны обладать определенной скоростью горения, с тем чтобы этот процесс можно было бы регулировать, добиваясь максимального теплового эффекта. Одновременно они должны быть относительно дешевыми и практически доступными для добычи. Этим условиям не удовлетворяют, например, такие горючие вещества, как сера, спирт, ацетон, порох, термитные смеси и т. п.

Топливо Искусственные Естественные Топливо Искусственные Естественные

Агрегатное состояние топлива Твердые Жидкие Газообразные Агрегатное состояние топлива Твердые Жидкие Газообразные

n К естественным относят те виды топлива, которые сжигают без обогащения. Механическая обработка естественного n К естественным относят те виды топлива, которые сжигают без обогащения. Механическая обработка естественного топлива: дробление, грохочение, промывка, не переводит его в разряд искусственных топлив. Последние получают из естественных путем их термической переработки, в процессе которой могут меняться их химический состав, агрегатное состояние и свойства. Общая классификация технических топлив, применяемых в промышленности, приведена в табл. 1. Отдельные составные части твердого топлива образуют его органическую, горючую, сухую и рабочую массу (рабочее топливо) В элементарный химический состав топлива входят углерод, водород, кислород, азот и сера. Кроме того, в топливе содержится влага и зола. Углерод, водород, кислород и азот образуют органическую массу топлива, а вместе с серой — горючую массу. Частично сера входит в зольную часть топлива. В составе сухой массы топлива находится горючая масса и зола, а сухая масса с влагой образуют рабочее топливо.

Составы топлива Составные части твердого топлива существенно влияют на его технические свойства. n Углерод Составы топлива Составные части твердого топлива существенно влияют на его технические свойства. n Углерод является самой существенной частью твердого топлива. Он находится в топливе в связанном состоянии в виде сложных органических соединений. Горение чистого углерода беспламенно. Реакция полного горения углерода— С+О 2 = СО 2+33700 к. Дж/кг углерода, а неполного горения — С+0, 5 О 2 = СО+5700 к. Дж//кг. n Водород находится в топливе в виде органических соединений. Это наиболее высококалорийная его часть. При горении водорода образуется влага, которая может находиться в парообразном или в жидком состояниях. В зависимости от этого тепловые эффекты горения водорода составляют: Н 2+0, 5 О 2 = Н 2 Опар+119800 к. Дж/кг; Н 2=0, 5 О 2 шид+142 000 к. Дж/кг. Разница 142200— 119800=22400 к. Дж/кг Н 2 или 22400: 9 = 2450 к. Дж/кг. Н 20 — скрытая теплота парообразования воды1. n Сера, как уже отмечалось, встречается в топливе в трех видах. Органическая и колчеданная сера горит по реакциям: 5 о+О 2=5 О 2+9190 к. Дж/кг, Ғе 25+1, 502 = = Ғе. О+502+14690 к. Дж/кг. Сера при горении образует токсичные агрессивные газы и потому является вредной составляющей топлива. Сернистые газы корродируют металл тепловых установок, от их воздействия гибнет растительность. При общем содержании серы более 7 % топливо непригодно для использования в промышлен-ных тепловых установках. n

Состав топлива n Кислород, находящийся в топливе, участвует в окис-лении горючих веществ, делает пламя Состав топлива n Кислород, находящийся в топливе, участвует в окис-лении горючих веществ, делает пламя менее коптящим, но одновременно с этим снижает теплотворность топлива. Азот — балласт. Он не горит и горения не поддержива-ет. Зола — минеральная часть топлива. Она затрудняет его сжигание, повышает при этом тепловые потери и снижает теплотворность топлива. n Вода не участвует в горении топлива, требует для своего испарения около 2450 к. Дж/кг тепла и потому снижает теплотворность и затрудняет сжигание топлива.

РАСЧЕТ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА Промышленные виды топлива горят в результате химических реакций окисления их горючей РАСЧЕТ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА Промышленные виды топлива горят в результате химических реакций окисления их горючей части кислородом воздуха. Поэтому первой задачей расчета горения является определение расхода воздуха на горение топлива. Затем определяют количество и состав продуктов горения — дымовых газов, образующихся в результате горения топлива и, наконец, определяют температуру дымовых газов. n Первый этап этих расчетов — определение расхода кислорода. Расход кислорода рассчитывают исходя из стехиометрических соотношений реакций окисления отдельных компонентов горючей части топлива, их атомных и молекулярных масс. Для твердого и жидкого топлив эти расчеты ведут по соотношениям массы веществ, участвующих в реакциях, а для газообразного топлива — по объемным соотношениям. Расход воздуха определяют, учитывая в нем наличие азота и водяных паров. Расход кислорода и, следовательно, расход воздуха, соответствующий точным стехиометрическим соотношениям реакций горения, является теоретически необходимым расходом воздуха. В действительности же при сжигании топлива подают в топку всегда несколько больше воздуха в сравнении с теоретическим, так как часть кислорода не успевает прореагировать с горючими частями топлива из-за несовершенства процесса смешения топлива с воздухом. n

Отношение действительного расхода воздуха GB к теоретическому Gво называют коэффициентом избытка воздуха и обозначают Отношение действительного расхода воздуха GB к теоретическому Gво называют коэффициентом избытка воздуха и обозначают буквой а α= GB/GBO Значение α зависит от вида топлива и степени совершенства топочного устройства. Наибольшая полнота смешения с воздухом достигается у газового топлива. Поэтому его можно сжечь с минимальным избытком воздуха: а = 1, 05— 1, 1. Мазут при сжигании распыляют специальными форсунками, что обеспечивает образование развитой поверхности взаимодействия диспергированных капель мазута с воздухом. Однако даже в тонко диспергированном мазуте не удается достичь идеального (молекулярного) смешения его капель с воздухом. Поэтому для сжигания мазута требуется повышенный избыток воздуха: сс = 1, 1— 1, 2. Несколько больший избыток воздуха необходим при сжигании пылевидного топлива — а=1, 2— 1, 25. Наименее развитая поверхность взаимодействия с воздухом образуется при сжигании твердого кускового топлива. Поэтому здесь избытки воздуха значительны: а=1, 4— 1, 8. Значения а для твердых топлив в зависимости от типа топочного устройства приведены в справочных

Расход воздуха Расход воздуха

Расчет количества дымовых газов n Далее при расчете горения топлива определяют количество и состав Расчет количества дымовых газов n Далее при расчете горения топлива определяют количество и состав дымовых газов, образующихся в результате этого процесса. Они также получаются из стехиометрических соотношений реакций взаимодействия горючих составных частей топлива с кислородом воздуха с учетом закона равенства массы реагирующих веществ и продуктов реакции. В составе и количестве дымовых газов, естественно, учитывается (к продуктам реакции плюсуется) избыточный кислород, весь азот и влага, вовлеченная с воздухом. Числовые примеры расчета расхода воздуха, состава и количества продуктов горения по стехиометрическим соотношениям реакций приведены в пособии

Температуры горения топлива Третьим этапом расчета горения является определение температуры горения топлива и требуемого Температуры горения топлива Третьим этапом расчета горения является определение температуры горения топлива и требуемого избытка воздуха. Различают теоретическую (калориметрическую) и практическую температуры горения топлива. Максимальная калориметрическая температура развивается при сжигании топлива с а=1. Эту характеристику Д. И. Менделеев называл жаропроизводительностью топлива. n Теоретическая — это та температура, которую приобрели бы дымовые газы, если бы все тепло от полного сгорания топлива воспринималось бы только дымовыми газами. В действительности теоретическая температура при сжигании топлива в топках и печах никогда не достигается. Это происходит потому, что сжигание топлива в промышленных условиях сопровождается определенными потерями: часть твердого топлива вообще не успевает сгорать и удаляется из топок и печей вместе с золой и шлаком. Эти потери называют механическим недожогом. n

В болынинстве случаев топливо не сгорает до пол-ной степени окисления его горючих составных частей В болынинстве случаев топливо не сгорает до пол-ной степени окисления его горючих составных частей — в дымовых газах наряду с С 02 и Н 20 появляются про-дукты неполного сгорания СО и Н 2 с соответствующим понижением тепловых эффектов процесса горения. Вследствие этого появляются потери тепла от химичес-кого недожога топлива. Затем часть тепла теряется че-рез ограждающие конструкции топочного устройства. Кроме потерь тепла часть его передается нагреваемому материалу непосредственно так называемой прямой от-дачей, т. е. излучением, минуя нагрев дымовых газов, температура которых и по этой причине не может быть равной теоретической. Поэтому практическая темпера-тура горения всегда ниже калориметрической (теорети-ческой). Факторы, которые обусловливают снижение теоретической температуры горения топлива при его сжигании в котельных и промышленных тепловых уста-новках учитывают калориметрическим коэффициентом Пк

Расчет горения топлива Калориметрическую температуру горения топлива с приемлемой для инженерных расчетов точностью определяют Расчет горения топлива Калориметрическую температуру горения топлива с приемлемой для инженерных расчетов точностью определяют из уравнения теплового баланса горения 1 кг твердого или жидкого топлива

Горение твердого топлива Горение твердого топлива

n Физические основы горения твердого топлива Принято считать, что человеческая культура началась с того n Физические основы горения твердого топлива Принято считать, что человеческая культура началась с того времени, когда человек овладел огнем. Этот период исчисляется многими тысячелетиями и, тем не менее, механизм горения топлива продолжают изучать, в нем открывают все новые и новые закономерности, что указывает на достаточную сложность этого процесса. n Рассмотрим сначала горение элементарной частицы твердого топлива, образующей горящий очаг. Как уже отмечалось, твердое топливо содержит летучие горючие вещества и коксовый остаток. При нагревании частицы топлива сначала из нее испаряется влага, а затем в абсолютно сухом топливе при дальнейшем нагревании начинается пирогенетическое разложение, сопровождающееся выделением из топлива летучих горючих веществ. Как испарение влаги, так и выделение из топлива горючих веществ — процессы эндотермические, требующие для своей реализации затраты тепла. Это тепло «черпается» из раскаленной частицы топлива. В свою очередь летучие вещества, сгорая, нагреваются и при этом часть своего тепла «возвращают» горящей частице топлива, способствуя поддержанию ее температуры на уровне, не-обходимом для устойчивости очага горения

Сжигание газообразного топлива Физические основы горения газообразного топлива. Как уже отмечалось, в настоящее время Сжигание газообразного топлива Физические основы горения газообразного топлива. Как уже отмечалось, в настоящее время и ближайшей перспективе практическое значение для промышленных тепловых установок в качестве газообразного топлива будет иметь только природный газ, основной компонент которого — метан. Горение газа, как и других видов топлива, также проходит в несколько этапов, главнейшие из которых — образование газовоздушной смеси, ее подогрев, термическое разложение, воспламенение и горение продуктов термического разложения. n В отличие от горения твердого и жидкого топлива, горение газообразного — это гомогенный процесс n

В отличие от горения твердого и жидкого топлива, горение газообразного — это гомогенный процесс, В отличие от горения твердого и жидкого топлива, горение газообразного — это гомогенный процесс, при котором отсутствуют поверхности раздела между горючими газообразными веществами и кислородом воздуха. Однако изначальное условие этого процесса — обязательный контакт молекул кислорода с молекулами горючих газов

n В зависимости от места подготовки горючей газовоздушной смеси различают горение диффузионное и кинетическое. n В зависимости от места подготовки горючей газовоздушной смеси различают горение диффузионное и кинетическое. При диффузионном горении горючий газ и воздух вводят в топочное пространство раздельно Здесь горючая газовоздушная смесь образуется за счет диффузии, которая в свою очередь может быть молекулярной и турбулентной, преобладающей в тепловых установках. При кинетическом горении смесь горючего газа с минимально необходимым количеством воздуха подготавливают предварительно в смесителе и в топочное пространство она поступает готовой.

n Подогревают газовоздушную смесь различными способами: подачей в горелку или подводом к факелу подогретого n Подогревают газовоздушную смесь различными способами: подачей в горелку или подводом к факелу подогретого воздуха, нагревом смеси за счет рециркуляции к корню факела горячих продуктов горения и за счет излучения раскаленных ограждающих конструкций топки. Смесь, подогретая до температуры воспламенения, начинает гореть. Реакция горения углеводородов типа Сm. Нn может быть описана уравнением которое дает представление лишь о начальной и конечной стадиях процесса. Однако горение по современным воззрениям не является одностадийным процессом: углеводороды, из которых состоит природный газ, претерпевают термический распад исходных молекул с образованием альдегидов, а последние расщепляются до конечных продуктов распада: водорода и углерода. Этим и объясняется то, что в горящем факеле при определенных условиях присутствует сжатый углерод.

n Проскоку пламени способствует также подогрев смеси в самой горелке. Если, напротив, скорость потока n Проскоку пламени способствует также подогрев смеси в самой горелке. Если, напротив, скорость потока больше нормальной скорости распространения пламени, то фронт воспламенения удаляется от устья горелки. Это приводит иногда к срыву горения — отрыву факела от устья горелки из-за того, что в корне факела в этом случае газовоздушная смесь оказывается сильно разбавленной продуктами горения или воздухом и выходит из концентрационных пределов воспламенения. Скорости газо-воздушного потока (м/с), при которых происходит отрыв факела от устья горелки со 0 тр и срыв горения ю. Ср, зависят в основном от диаметра сопла и приближенно определяются уравнениями:

Устройства для сжигания газообразного Устройства для сжигания газообразного

Горелка ГНП низкого давления с принудительной подачей воздуха Горелка ГНП низкого давления с принудительной подачей воздуха