Топливо и основы теории горения Проф В А

Топливо и основы теории горения Проф. В. А. Широков 2012 г.

Эффективность использования топлива в энергоустановках 1 – паровые котлы 4 – ГТУ 2 – водогрейные котлы 5 – камерные нагревательные печи 3 – трубчатые печи ГПЗ и НПЗ 6 – средневзвешенный КИТ

Механизмы реакций горения Примером цепной реакции с разветвляющимися цепями является реакция горения водорода. Стехиометрическое уравнение ее имеет вид 2 Н 2 + О 2 = 2 Н 2 О

Механизмы реакций горения (продолжение) В действительности эта реакция идет через образование промежуточных активных центров - атомов водорода, кислорода и радикалов по следующей схеме: Н 2 + О 2 Н + Н 2 О — зарождение цепи Н + О 2 ОН + О — разветвление цепи О + Н 2 ОН + Н — продолжение цепи ОН + Н 2 О + Н — продолжение цепи Н + М 1/2 Н 2 — обрыв цепи на стенке Н + О 2 + М Н 2 О + М — обрыв цепи в объеме, где М — инертная молекула газа или стенки реактора.

Механизмы реакций горения (продолжение) Основные стадии процесса горения метана: - неполное горение метана с образованием формальдегида СН 4 + О 2 = НСНО + Н 2 О и - дожигание формальдегида НСНО + О 2 = Н 2 О + СО 2

Механизмы реакций горения (продолжение) Для первой стадии характерны следующие реакции: СН 4 СН 3 + Н; СН 3 + О 2 НСНО + ОН; Н + О 2 ОН + О; СН 4 + ОН СН 3 + Н 2 О; СН 4 + О СН 3 + ОН.

Механизмы реакций горения (продолжение) При низких температурах протекают реакции с образованием метанола: СН 4 + О + М СН 3 ОН + М. С повышением температуры усиливается глубина термического разложения и метил СН 3 превращается в метилен СН 2: СН 3 СН 2 + Н. Результатом реакции обрыва цепей является образование этилена: 2 СН 2 С 2 Н 4.

Механизмы реакций горения (продолжение) В результате термического разложения метилена СН 2 образуется метин СН: СН 2 СН + Н. Взаимодействие молекул метина приводит к образованию ацетилена: 2 СН С 2 Н 2.

Механизмы реакций горения (продолжение) Для горения формальдегида (вторая стадия) характерны следующие реакции: НСНО НСО + Н; Н + О 2 ОН + О. Образовавшийся радикал НСО может вступать в реакцию с кислородом: НСО + О 2 СО + НО 2 СО + ОН + О

Механизмы реакций горения (продолжение) и разлагаться с образованием окиси углерода: НСО СО + Н; НСО + О СО + ОН; НСО + ОН СО + Н 2 О. Окись углерода сгорает по уравнению СО + ОН СО 2 + Н; СО + О СО 2.

Схема образования конечных и промежуточных продуктов горения

Основные постоянные компоненты атмосферы земли

ОСНОВНЫЕ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТОПЛИВА 1. ТЕПЛОТА СГОРАНИЯ, ккал/нм 3, ккал/кг, к. Дж/нм 3, к. Дж/кг а) низшая, Qнр б) высшая, Qвр 2. МАКСИМАЛЬНАЯ ТЕМПЕРАТУРА ГОРЕНИЯ tmax, ºС 3. МАКСИМАЛЬНОЕ СОДЕРЖАНИЕ СО 2 В ПРОДУКТАХ СГОРАНИЯ СО 2 макс. , RO 2 макс.

ОСНОВНЫЕ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТОПЛИВА 4. СОДЕРЖАНИЕ БАЛЛАСТА Ар, W р твердое и жидкое топливо CO 2, N 2, % газообразное топливо 5. СОДЕРЖАНИЕ ВРЕДНЫХ ПРИМЕСЕЙ Sр, H 2 S и др.

ТЕПЛОТА СГОРАНИЯ ЖИДКОГО И ТВЕРДОГО ТОПЛИВА (Ккал/кг) ТОРФ ДРОВА БУРЫЙ УГОЛЬ КАМЕННЫЙ УГОЛЬ АНТРАЦИТ НЕФТЬ МАЗУТ БЕНЗИН ДИЗЕЛЬНОЕ ТОПЛИВО 4 600 2 400— 2 900 2 500— 6 800 4 800— 8 700 6 000— 7 200 9 500— 10 500 9 500— 9 700 10 500 10 200

ТЕПЛОТА СГОРАНИЯ ЖИДКИХ И ТВЕРДЫХ ТОПЛИВ

Уравнения горения газообразных углеводородов O 2 : N 2 = 1 : 3, 76 CH 4 + 2 O 2 + 7, 52 N 2 = CO 2 + 2 H 2 O + 7, 52 N 2 C 2 H 6 + 3, 5 O 2 + 13, 16 N 2 = 2 CO 2 + 3 H 2 O + 13, 16 N 2 C 3 H 8 + 5 O 2 + 18, 8 N 2 = 3 CO 2 + 4 H 2 O + 18, 8 N 2

Уравнения горючих газов Н 2 + 0, 5 О 2 + 1 , 88 N 2 = Н 20 + 1 , 88 N 2 СО + 0, 5 О 2 + 1 , 88 N 2 = СО 2 + 1 , 88 N 2 H 2 S + 1, 5 О 2 + 5, 64 N 2 = SО 2 + H 2 О + 5, 64 N 2

Основные характеристики природного газа (CH 4)

Основные характеристики природного газа (CH 4) (продолжение)

Расчетные характеристики жидкого углеводородного топлива

+ +

ТЕМПЕРАТУРА ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА

ТИПЫ ГАЗОГОРЕЛОЧНЫХ УСТРОЙСТВ а) диффузионные б) инжекционные в) двухпроводные смесительные г) турбореактивные д) комбинированные

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГАЗОГОРЕЛОЧНЫХ УСТРОЙСТВ а) давление газа ( до 5 КПа; до 0, 3 МПа; более 0, 3 МПа) б) тепловая мощность (МВт) в) коэффициент избытка воздуха г) коэффициент предельного регулирования д) коэффициент рабочего регулирования

Оголовок вертикального факела

Панельная горелка ГПБ

Инжекционная горелка

Турбореактивная горелка

Горелка ГНП

Комбинированная газо-мазутная горелка ГМГ

Принципиальная схема камеры сгорания ГТУ

Оголовок для амбарного сжигания углеводородов

ТИПЫ ФОРСУНОЧНЫХ УСТРОЙСТВ а) механические б) пневматические в) паровые г) комбинированные

ВРЕМЯ ВЫГОРАНИЯ КАПЛИ ЖИДКОГО ТОПЛИВА