Тема 15. Твердое и жидкое топливо и их сжигание >15 Расчет горения твердого и жидкого топлива Для расчета процессов горения твердого и жидкого топлива составляют материальный баланс процесса горения icon

Тема 15. Твердое и жидкое топливо и их сжигание >15 Расчет горения твердого и жидкого топлива Для расчета процессов горения твердого и жидкого топлива составляют материальный баланс процесса горения




Скачати 247.63 Kb.
НазваТема 15. Твердое и жидкое топливо и их сжигание >15 Расчет горения твердого и жидкого топлива Для расчета процессов горения твердого и жидкого топлива составляют материальный баланс процесса горения
Дата17.02.2014
Розмір247.63 Kb.
ТипДокументи
1. /4 курс/Mенеджмент.doc
2. /4 курс/_стор_я _нженернох д_яльност_.doc
3. /4 курс/Безпека життєд_яльност_.doc
4. /4 курс/Г_дравл_ка, г_дро- та пневмопривод.doc
5. /4 курс/Детал_ машин.pdf
6. /4 курс/Електротехн_ка, електрон_ка _ м_кропроцесорна техн_ка.doc
7. /4 курс/Конструкц_х кол_сних та гусеничних транспортних засоб_в.doc
8. /4 курс/М_кроеконом_ка.rtf
9. /4 курс/Основи еколог_х.doc
10. /4 курс/Основи наукових досл_джень.doc
11. /4 курс/Основи технолог_х виробництва кол_сних та гусеничних транспортних засоб_в.doc
12. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 10c. Кратко.doc
13. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 11c. Кратко.doc
14. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 12c. Кратко.doc
15. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 13с. Кратко.doc
16. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 14с. Кратко.doc
17. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 15с Кратко.doc
18. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 1с. Кратко моя.doc
19. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 1с. Кратко.doc
20. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 2с. Кратко.doc
21. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 3с. Кратко.doc
22. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 4c. Кратко.doc
23. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 5c. Кратко.doc
24. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 6с. Кратко.doc
25. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 7c. Кратко.doc
26. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 8c. Кратко.doc
27. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 9с. Кратко.doc
28. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Метод. ТОТзаочн.doc
29. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Раб. пр. ТОТ.doc
10. Конвективный теплообмен
Методичні вказівки та індивідуальні завдання
Програма навчальної дисципліни Основи наукових дослiджень та технiка експерименту
Методичні вказівки та контрольні завдання для студентів заочної
Методичні вказівки до виконання індивідуальних робіт з дисципліни «Мікроекономіка» Тематика індивідуальних завдань з дисципліни «Мікроекономіка»
Методичні вказівки та індивідуальні завдання до вивчення дисципліни «Конструкції колісних та гусеничних транспортних засобів» для студентів напряму 050503 машинобудування /Укл.: В. К. Сидоренко, О. М. Лосіков. Дніпропетровськ: нметАУ, 2012. 50 с
Методичні вказівки до вивчення дисципліни «Електротехніка, електроніка і мікропроцесорна техніка», література, пояснення до виконання індивідуальних завдань
Методичні вказівки до вивчення матеріалу кожної теми та наводяться запитання для контролю якості засвоєння тем. Даються методичні вказівки до виконання контрольної роботи, а також варіанти вихідних даних для неї
Методичні вказівки і індивідуальні завдання з дисципліни «Історія інженерної діяльності» для студентів спеціальностей 090202, 090218, 092301
Методичні вказівки до самостійного вивчення тем, передбачених програмою дисципліни «Mенеджмент», завдання до контрольної роботи та методичні вказівки до її виконання
Тема 14. Газообразное топливо и его сжигание
11. Теплообмен излучением
12. Сложный теплообмен
Топливо и его характеристики 13 Виды топлива и их особенности
Закон термодинамики
Тема термодинамические процессы
Тема основные термодинамические понятия и законы
Тема основные термодинамические понятия и законы
Тема теплоёмкость газов
Тема 15. Твердое и жидкое топливо и их сжигание >15 Расчет горения твердого и жидкого топлива Для расчета процессов горения твердого и жидкого топлива составляют материальный баланс процесса горения
Закон термодинамики
6. Теоретические основы теплотехники 1998г
7. Тепловые двигатели
8. Теоретические основы теплотехники 1998г
9. Теплопроводность
Методичні вказівки та індивідуальні завдання до вивчення дисципліни "Теоретичні основи теплотехніки" для студентів спеціальностей 090202, 090218
Національна металургійна академія україни

Тема 15. Теоретические основы теплотехники 1998г.


Тема 15. Твердое и жидкое топливо и их сжигание


15.1. Расчет горения твердого и жидкого топлива

Для расчета процессов горения твердого и жидкого топлива составляют материальный баланс процесса горения.

Материальный баланс процесса горения выражает количественные соотношения между исходными вещест­вами (топливо, воздух) и конечными продуктами (ды­мовые газы, зола, шлак), а тепловой баланс — равенст­во между приходом и расходом теплоты. Для твердого и жидкого топлива материальный и тепловой балансы составляют на 1 кг топлива, для газообразной — на 1 м3 сухого газа при нормальных условиях (0,1013 МПа, О °С). Объемы воздуха и газообразных продуктов также выражают в метрах кубических, приведенных к нормаль­ным условиям.

При сжигании твердого и жидкого топлива горючие вещества могут окисляться с образованием оксидов раз­личной степени окисления. Стехиометрические уравне­ния реакций горения углерода, водорода и серы можно записать так:

а) С+О2=СО2;

б) С+(1/2)О2=СО;

в) S+О2=SО2; (15-1)

г) H2+(1/2)О2=H2О;

При расчете объемов воздуха и продуктов сгорания условно принимают, что все горючие вещества окисля­ются полностью с образованием только оксидов с наи­высшей степенью окисления (реакции а, в, г).

Из уравнения (а) следует, что для полного окисления 1 кмоль углерода (12 кг) расходуется 1 кмоль, т. е. 22,4 м3, кислорода и образуется 1 кмоль (22,4 м3) оксида углерода. Соответственно для 1 кг углерода потре­буется 22,4/12 = 1,866 м3 кислорода и образуется 1,866 м3 СО2. В 1 кг топлива содержится Ср/100 кг уг­лерода. Для его горения необходимо 1,866Ср/100 м3 кис­лорода и при сгорании образуется 1,866 Ср/100 м3 CO2.

Аналогично из уравнений (в) и (г) на окисление го­рючей серы (s = 32), содержащейся в 1 кг топлива, потребуется (22,4/32) Sрл/100 м3 кислорода и образуется такой же объем SO2. А на окисление водорода (), содержащегося в 1 кг топлива, потребуется 0,5(22,4/2,02) Нр/100 м3 кислорода и образуется (22,4/2,02) Нр/100 м3 водяного пара.

Суммируя полученные выражения и учитывая кис­лород, находящийся в топливе (), после неслож­ных преобразований получим формулу для определения количества кислорода, теоретически необходимого для полного сжигания 1 кг твердого или жидкого топлива, м3/кг:



В воздухе содержится кислорода примерно 21 % по объему, поэтому количество воздуха, теоретически не­обходимое для полного сжигания 1 кг топлива V0, м3/кг, составляет:

(15-2)

В процессе полного горения с теоретически необхо­димым количеством воздуха образуются газообразные продукты, которые состоят из CO2, SO2, N2 и H2O - окси­ды углерода и серы являются сухими трехатом­ными газами. Их принято объединять и обозначать че­рез RO2 = CO2 + SO2.

При горении твердых и жидких топлив теоретиче­ские объемы продуктов сгорания, м3/кг, вычисляют по уравнениям (15-1) с учетом содержания соответствующих компонентов в топливе и воздухе.

Объем трехатомных газов в соответствии с уравне­ниями (15-1, а и б)

(15-3)

Теоретический объем азота равен объему азота, по­ступившему с воздухом , и объему азота, выделяемого из топлива , т. е.

(15-4)

Теоретический объем водяного пара , м3/кг, складывается из объема, полученного при горении во­дорода, равного (22,4/2,02)(Hр/100), объема, полученного при испарении влаги топлива, равного , и объема, вносимого с воздухом: ,
— удельный объем водяного пара, m3/kг; в = 1,293 кг/м3 — плотность воздуха, dв = 0,01 — содержание влаги в воздухе кг/кг. После преобразований получим:

(15-5)

При паровом распылении мазута теоретический объ­ем водяного пара увеличивают на объем водяного пара, подаваемого в форсунку: , где — удельный расход пара на распыление мазута, кг/кг.

Суммарный теоретический объем продуктов сгорания, м3/кг:

(15-6)

Действительный объем воздуха V может быть больше или меньше теоретически необходимого, подсчи­танного по уравнениям горения. Отношение действитель­ного объема воздуха V к теоретически необходимому V0 называется коэффициентом расхода воздуха  = V/V0. При > 1 коэффициент расхода воздуха обычно назы­вается коэффициентом избытка воздуха.

Для каждого вида топлива оптимальное значение ко­эффициента избытка воздуха в топке зависит от техни­ческих его характеристик, способа сжигания, конструк­ции топки, способа образования горючей смеси и др.

Действительный объем продуктов сгорания будет больше теоретического за счет азота, кислорода и водя­ного пара, который содержится в избыточном воздухе. Так как воздух не содержит трехатомных газов, то их объем не зависит от коэффициента избытка воздуха и ос­тается постоянным, равным теоретическому, т. е. .

Объем двухатомных газов и водяного пара (м3/кг или м33), определяют по формулам:

(15-7)

(15-8)

Суммарный объем продуктов сгорания при > 1 (m3/kг или м33) будет:

(15-9)

При сжигании твердых топлив концентрация золы в дымовых газах (г/м3) определяется по формуле

(15-10)

где — доля золы топлива, уносимая газами (ее зна­чение зависит от вида твердого топлива и способа его сжигания и принимается из технических характеристик топок).

Объемные доли сухих трёхатомных газов и водяного пара, равные их парциальным давлениям при общем давлении 0,1 МПа, подсчитывают по формулам



Все формулы для подсчета объемов применимы тог­да, когда происходит полное сгорание топлива. Эти же формулы с достаточной для расчета точностью примени­мы и для неполного сгорания топлива, если не превыша­ются нормативные значения, приведенные в техниче­ских характеристиках топок.


15.2. Три стадии горения твердого топлива

Горение твердого топлива имеет ряд стадий: подогрев, подсушка топлива, возгонка летучих и образование кокса, горение летучих и кок­са. Из всех этих стадий определяющей является стадия горения коксо­вого остатка, т. е. стадия горения углерода, интенсивность которой и определяет интенсивность топливосжигания и газификации в целом. Определяющая роль горения углерода объясняется следующим.

Во-первых, твердый углерод, содержащийся в топливе, является главной горючей составляющей почти всех натуральных твердых топлив. Так, например, теплота сгорания коксового остатка антрацита со­ставляет 95% теплоты сгорания горючей массы. С увеличением выхода летучих доля теплоты сгорания коксового остатка падает и в случае торфа составляет 40,5% теплоты сгорания горючей массы.

Во-вторых, стадия горения коксового остатка оказывается наиболее длительной из всех стадий и может занимать до 90% всего времени, необходимого для горения.

И, в третьих, процесс горения кокса имеет решающее значение в создании тепловых условий протекания других стадий. Следовательно, основой правильного построения технологического метода сжигания твердых топлив является создание оптимальных условий для процесса горения углерода.

В некоторых случаях определяющими процесс горения могут ока­заться второстепенные подготовительные стадии. Так, например, при сжигании высоко влажного топлива определяющей может быть стадия подсушки. В этом случае рациональным является усиление предвари­тельной подготовки топлива к сжиганию, например, использованием технологического способа сжигания с подсушкой топлива газами, отби­раемыми из топки.

В мощных парогенераторах расходуются большие количества топ­лива и воздуха. Например, для парогенератора 300 МВт расход топли­ва — антрацитового штыба составляет 32 кг/с, а воздуха 246 м3/с а в парогенераторе блока 800 МВт ежесекундно расходуется 128 кг березовского угля и 555 м3 воздуха. В ряде случаев в пылеугольных парогенераторах как резервное используется жидкое или газовое топ­ливо.

Процесс горения пылевидных топлив совершается в объеме топоч­ной камеры в потоках больших масс топлива и воздуха, к которым под­мешиваются продукты сгорания.

Основой горения пылевидных топлив является химическое реаги­рование горючих составляющих топлива с кислородом воздуха. Однако химические реакции горения в топочной камере протекают в мощных пылегазовоздушных потоках за чрезвычайно ко­роткое время (1—2 с) пребывания топлива и окислителя в топочной ка­мере. Эти реакции совершаются в условиях сильного взаимного влия­ния с одновременно протекающими физическими процессами. Такими процессами являются:

процесс движения подаваемых в топочную камеру составляющих горючую смесь газовых и твердых диспергированных веществ в системе струй, переходящих в поток и распространяющихся в ограниченном пространстве топочной камеры с развитием вихревых течений, в сово­купности составляющих сложную структуру аэродинамики топки;

турбулентная и молекулярная диффузия и конвективный перенос исходных веществ и продуктов реакции в газовом потоке, а также пере­нос газовых реагентов к диспергированным частицам;

теплообмен в газовых потоках продуктов сгорания и исходной сме­си и между газовыми потоками и содержащимися в них частицами топлива, а также передача тепла, выделяющегося при химическом пре­вращении в реагирующей среде;

радиационный теплообмен частиц с газовой средой и пылегазовоздушной смеси с экранными поверхностями в топочной камере;

нагрев частиц, возгонка летучих, перенос и горение их в газовом объеме и др.

Таким образом, горение угольной пыли является сложным физико-химическим процессом, состоящим из химических реакций и физических процессов, протекающих в условиях взаимной связи и взаимного влияния.


15.3. Слоевой, факельный и

циклонный способы сжигания твердого

топлива

Топочные устройства котлов могут быть слоевые - для сжигания крупнокускового топлива и камерные - для сжигания газообразного, жидкого и твёрдого пылевидного топлива.

Некоторые из вариантов организации топочных процессов представлены на рис.15.1.

Слоевые топки бывают с плотным и кипящим слоем, камерные подразделяются на факельные и циклонные.


При сжигании в плотном слое воздух для горения проходит через слой, не нарушая его устойчивости, т.е. сила тяжести частиц топлива больше динамического напора воздуха.

При сжигании в кипящем слое из-за повышенной скорости воздуха нарушается устойчивость частиц в слое, они переходят в состояние «кипения», т.е. переходят во взвешенное состояние. При этом происходит интенсивное перемешивание топлива и окислителя, что способствует интенсификации процесса горения.

При факельном сжигании топливо сгорает в объёме топочной камеры, для чего частицы твердого топлива должны иметь размер до 100 мкм.

При циклонном сжигании частицы топлива под влиянием центробежных сил отбрасываются на стенки топочной камеры и, находясь в закрученном потоке в зоне высоких температур, полностью выгорают. Допускается размер частиц больший, чем при факельном сжигании. Минеральная составляющая топлива в виде жидкого шлака удаляется из циклонной топки непрерывно.


15.4. Особенности сжигания жидкого

топлива

Каждое жидкое горючее, так же как любое жидкое вещество, при данной температуре обладает определенной упругостью пара над своей поверхностью, которая увеличивается с ростом температуры.

При зажигании жидкого горючего, имеющего свобод­ную поверхность, загорается его пар, содержащийся в пространст­ве над поверхностью, образуя горящий факел. За счет тепла, излучае­мого факелом, испарение резко увеличивается. При установившемся режиме теплообмена между факелом и зеркалом жидкости количество испаряющегося, а следовательно, и сгорающего горючего достигает ма­ксимального значения и далее остается постоянным во времени.

Опыты показывают, что при сжигании жидких топлив со свободной поверхностью горение протекает в паровой фазе; факел устанавливается на некотором удалении от поверхности жидкости и ясно видна темная полоска, отделяющая факел от обреза тигля с жидким горючим. Интен­сивность излучения зоны горения на зеркало испарения не зависит от его формы и величины, а зависит только от физико-химических свойств горючего и является характерной константой для каждого жидкого го­рючего.

Температура жидкого горючего, при которой пары над его поверх­ностью образуют с воздухом смесь, способную воспламениться при под­несении источника зажигания, называется температурой вспышки.

Поскольку жидкие горючие сгорают в паровой фазе, то при уста­новившемся режиме скорость горения определяется скоростью испаре­ния жидкости с ее зеркала.

Процесс горения жидких горючих со свободной поверхностью про­исходит следующим образом. При установившемся режиме горения за счет тепла, излучаемого факелом, жидкое горючее испаряется. В вос­ходящий поток горючего, находящегося в паровой фазе, посредством диффузии проникает воздух из окружающего пространства. Полученная таким образом смесь образует горящий факел в виде конуса, отстояще­го от зеркала испарения на 0,5—1 мм. Устойчивое горение протекает на поверхности, где смесь достигает пропорции, соответствующей стехиометрическому соотношению горючего и воздуха. Это предположение сле­дует из тех же соображений, что и в случае диффузионного горения га­за. Химическая реакция протекает в очень тонком слое фронта факела, толщина которого не превышает нескольких долей миллиметра. Объем, занимаемый факелом, зоной горения делится на две части: внутри факела находятся пары горючей жидкости и продукты сгорания, а вне зоны горения —смесь продуктов горения с воздухом.

Горение восходящих внутри факела паров жидких топлив можно представить состоящим из двух стадий: диффузионного подвода кислорода к зоне горения и самой химической реакции, протекающей во фронте пламени. Скорости этих двух стадий не одинаковы; химическая реакция при имеющих место высоких температурах протекает очень быстро, тогда как диффузионный подвод кислорода является медленным процессом, ограничивающим общую скорость горения. Следова­тельно, в данном случае горение протекает в диффузионной области, а скорость горения определяется скоростью диффузии кислорода в зону горения.

Так как условия подвода кислорода к зоне горения при сжигании различных жидких горючих со свободной поверхности примерно одина­ковы, следует ожидать, что скорость их горения, отнесенная к фронту пламени, т. е. к боковой поверхности факела, также должна быть одинаковой. Длина факела будет тем больше, чем больше скорость испа­рения.

Специфической особенностью горения жидких горючих со свободной поверхности является большой химический недожог. Каждое горючее, представляющее собой углеродистое соединение при сжигании со сво­бодной поверхности, имеет свойственную ему величину химического недожота, которая составляет, %:

для спирта ......... 5,3

для керосина ........ 17,7

для бензина ........ 12,7

для бензола ......... 18,5.

Картину возникновения химического недожога можно представить следующим образом.

Парообразные углеводороды при движении внутри конусообразного факела до фронта пламени при нахождении в области высоких темпе­ратур при отсутствии кислорода, подвергаются термическому разложе­нию вплоть до образования свободного углерода и водорода.

Свечение пламени обусловливается нахождением в нем частиц сво­бодного углерода. Последние, раскалившись за счет выделяемого при горении тепла, излучают более или менее яркий свет.

Часть свободного углерода не успевает сгорать и в виде сажи уно­сится продуктами сгорания, образуя коптящий факел.

Кроме того, наличие углерода вызывает образование СО.

Высокая температура и пониженное парциальное давление СО и СО2 в продуктах сгорания благоприятствуют образованию СО.

Присутствующие в продуктах сгорания количества углерода и СО обусловливают величину химического недожога. Чем больше содержа­ние углерода в жидком топливе и чем меньше он насыщен водородом, тем больше образование чистого углерода, ярче факел, больше химиче­ский недожог.

Таким образом, исследования горения жидких горючих со свобод­ной поверхности показали, что:

1) горение жидких топлив происходит после их испарения в паро­вой фазе. Скорость горения жидких топлив со свободной поверхности определяется скоростью их испарения за счет тепла, излучаемого зоной горения, при установившемся режиме теплообмена между факелом и зеркалом испарения;

2) скорость горения жидких горючих со свободной поверхности растет с увеличением температуры их подогрева, с переходом к горючим с большей интенсивностью излучения зоны горения, меньшей теплотой парообразования и теплоемкостью и не зависит от величины и формы зеркала испарения;

3) интенсивность излучения зоны горения на зеркало испарения, горящего со свободной поверхности жидкого горючего, зависит только от его физико-химических свойств и является характерной константой для каждого жидкого горючего;

4) теплонапряжение фронта диффузионного факела над поверхно­стью испарения жидкого горючего практически не зависит от диаметра тигля и рода топлива;

5) горению жидких горючих со свободной поверхности присущ по­вышенный химический недожог, величина которого характерна для каж­дого горючего.

Имея в виду, что горение жидких топлив происходит в паровой фазе процесс горения капли жидкого горючего можно представить следующим образом.

Капля жидкого топлива окружена атмосферой, насыщенной парами этого горючего. Вблизи от капли по сферической поверхности устанавливается зона горения. Химическое реагирование сме­си паров жидкого топлива с окислителем происходит весьма быстро, поэтому зона горения весьма тонка. Скорость горения определяется наи­более медленной стадией — скоростью испарения горючего.

В пространстве между каплей и зоной горения находятся пары жидкого топлива и продукты горения. В пространстве вне зоны горе­ния — воздух и продукты сгорания.

В зону горения изнутри диффундируют пары топлива, а снаружи — кислород. Здесь эти компоненты смеси вступают в химическую реак­цию, которая сопровождается выделением тепла. Из зоны горения тепло переносится наружу и к капле, а продукты сгорания диффундируют в окружающее пространство и в пространство между зоной горения и каплей. Однако механизм передачи тепла еще не представ­ляется ясным.

Ряд исследователей считает, что испарение горящей капли происхо­дит за счет молекулярного переноса тепла через застойную пограничную пленку у поверхности капли.

По мере выгорания капли из-за уменьшения поверхности общее ис­парение уменьшается, зона горения суживается и исчезает при полном выгорании капли.

Так протекает процесс горения капли полностью испаряющихся жидких топлив, находящейся в покое в окружающей среде или движу­щейся вместе с ней с одинаковой ско­ростью.

Количество кислорода, диффундирующее к шаровой поверхности при прочих равных условиях, пропорцио­нально квадрату ее диаметра, поэтому установление зоны горения на некото­ром удалении от капли обусловливает большую скорость ее горения по срав­нению с такой же частицей твердого топлива, при горении которой химиче­ская реакция практически протекает на самой поверхности.

Так как скорость горения капли жидкого топлива определяется ско­ростью испарения, то время ее выго­рания можно рассчитать на основе уравнения теплового баланса ее испа­рения за счет тепла, получаемого из зоны горения.

Так как горение жидких топлив происходит после их испарения в паровой фазе, то его интенсификация связана с интенсификацией испарения и смесеобразования. Это достигается за счет увеличения поверхности испарения путем распыления жидкого топлива на мель­чайшие капельки и хорошего смешения образовавшихся паров с воздухом при равномерном распределении мелкодисперсного топлива в нем. Эти две задачи выполняют, применяя горелки с форсунками, которыми рас­пыляют жидкое топливо в потоках воздуха, подаваемых в камерную топку через воздухонаправляющие аппараты горелок.

Воздух, необходимый для горения, подается в устье форсунки, за­хватывает тонко распыленное жидкое топливо и образует в топочной камере неизотермическую затопленную струю. Струя, распространяясь, нагревается за счет увлечения продуктов сгорания высокой температуры. Мельчай­шие капельки жидкого топлива, нагреваясь благодаря конвективному теплообмену в струе, испаряются. Нагрев распыленного топлива происходит также за счет поглоще­ния ими тепла, излучаемого топочными га­зами и раскаленной обмуровкой.

На начальном участке и в особенности в пограничном слое струи интенсивный нагрев факела вызывает быстрое испарение капель. Пары горючего, смешиваясь с воздухом, со­здают газовоздушную горючую смесь, кото­рая, воспламеняясь, образует факел.

Таким образом, процесс горения жидкого топлива можно разбить на следующие фазы: распыление жидкого топлива, испарение и образо­вание газовоздушной смеси, воспламенение горючей смеси и горение последней.

Температура и концентрация газовоздушной смеси изменяются по сечению струи. По мере приближения к внешней границе струи темпе­ратура повышается, а концентрация компонентов горючей смеси падает. Скорость распространения пламени в паровоздушной смеси зависит от состава, концентрации и температуры и достигает максимальной вели­чины в наружных слоях струи, где температура близка к температуре окружающих топочных газов несмотря на то, что здесь горючая смесь сильно разбавлена продуктами сгорания. Поэтому воспламенение в ма­зутном факеле начинается у корня с периферии и затем распространя­ется вглубь струи на все сечение, достигая ее оси на значительном расстоянии от форсунки, равном перемещению центральных струй за время распространения пламени от периферии до оси. Зона воспла­менения принимает форму вытянутого конуса, основание которого на­ходится на малом расстоянии от выходного сечения амбразуры горелки.

Положение зоны воспламенения зависит от скорости смеси; зона занимает такое положение, при котором во всех ее точках устанавли­вается равновесие между скоростью распространения пламени и ско­ростью движения. Центральные струи, имеющие наибольшую скорость, затухают по мере продвижения в топочном пространстве, определяя длину зоны воспламенения местом, где скорость падает до абсолютной величины скорости распространения пламени.

Горение основной части парообразных углеводородов происходит в зоне воспламенения, занимающей наружный слой факела небольшой толщины. Горение высокомолекулярных углеводородов, сажи, свободно­го углерода и неиспарившихся капель жидкого топлива продолжается за зоной воспламенения и требует определенного пространства, обу­словливая общую длину факела.

Зона воспламенения делит пространство, занимаемое факелом, на две области: внутреннюю и наружную. Во внутренней области протекает процесс испарения и образования горючей смеси.

Во внутренней области парообразные углеводороды подвергаются нагреву, который сопровождается окислением и расщеплением их. Про­цесс окисления начинается при сравнительно низких температурах— порядка 200—300°С. При температурах 350—400°С и выше наступает процесс термического расщепления.

Процесс окисления углеводородов благоприятствует последующему процессу горения, так как при этом выделяется некоторое количество тепла и повышается температура, а наличие кислорода в составе угле­водородов способствует дальнейшему их окислению. Напротив, процесс термического расщепления является нежелательным, так как образую­щиеся при этом высокомолекулярные углеводороды сгорают трудно.

Из нефтяных топлив в энергетике применяется лишь мазут. Мазут представляет собой остаток от перегонки нефти при температуре поряд­ка 300°С, но ввиду того, что процесс перегонки происходит не полно­стью, мазут при температурах ниже 300°С еще выделяет некоторое ко­личество паров более легких погонов. Поэтому при входе распыленной струи мазута в топку и постепенном нагревании часть его превращается в пары, а часть еще может находиться в жидком состоянии даже при температуре порядка 400°С.

Поэтому при сжигании мазута необходимо способствовать проте­канию окислительных реакций и всемерно препятствовать термическому разложению при высоких температурах. Для этого весь воздух, необхо­димый для горения, следует подавать в корень факела. В этом случае наличие большого количества кислорода во внутренней области будет, с одной стороны, благоприятствовать окислительным процессам, а с дру­гой — понижать температуру, что обусловит расщепление молекул угле­водородов более симметрично без образования значительного количест­ва трудно сжигаемых высокомолекулярных углеводородов.

Смесь, получающаяся при сжигании мазута, содержит паро- и га­зообразные углеводороды, жидкие более тяжелые погоны, а также твердые соединения, образующиеся в результате расщепления углеводо­родов (т. е. все три фазы—газообразную, жидкую и твердую). Паро- и газообразные углеводороды, смешиваясь с воздухом, образуют горючую смесь, горение которой может протекать по всем возможным способам горения газов. Аналогично сгорает и СО, образовавшийся при горении жидких капель и кокса.

В факеле зажигание капель осуществляется за счет конвективного нагрева; вокруг каждой капли устанавливается зона горения. Горение капли сопровождается химическим недожогом в виде сажи и СО. Кап­ли высокомолекулярных углеводородов при горении дают твердый остаток — кокс.

Образующиеся в факеле твердые соединения — сажа и кокс сгора­ют так же, как происходит гетерогенное горение частиц твердого топли­ва. Наличие накаленных частиц сажи обусловливает свечение факела.

Свободный углеводород и сажа в среде с высокой температурой при наличии достаточного количества воздуха могут сгореть. В случае же местного недостатка воздуха или недостаточно высокой температуры они сгорают не полностью с определенной химической неполнотой горения, окрашивая продукты сгорания в черный цвет — коптящий факел.

Зона догорания газообразных продуктов неполного сгорания и твердых частиц, следующая за зоной горения, увеличивает общую длину факела.

Химический недожог, характерный для горения жидких топлив со - свободной поверхности при сжигании их в факеле, соответствующими режимными мероприятиями может и должен быть сведен практически к нулю.

Таким образом, для интенсификации сжигания мазута необходимо хорошее распыление. Предварительный подогрев воздуха и мазута спо­собствует газификации мазута, поэтому будет благоприятствовать за­жиганию и горению. Весь воздух, необходимый для горения, следует подавать в корень факела. При этом рациональной конструкцией воз-духонаправляющего устройства горелки, правильной установкой фор­сунки и соответствующей конфигурацией амбразуры горелки необходи­мо обеспечить хорошее перемешивание распыленного топлива с возду­хом, а также перемешивание в горящем факеле и в особенности в конечной его части. Температура в факеле должна поддерживаться на достаточно высоком уровне и для обеспечения интенсивного завершения процесса горения в конце факела должна быть не ниже 1000—1050°С.

Факелу должно быть обеспечено достаточное пространство для развития процесса горения, так как в случае соприкосновения продук­тов сгорания (до завершения процесса горения) с холодными поверх­ностями нагрева парогенератора температура может настолько понизиться, что содержащиеся в газах не догоревшие частицы сажи и свобод­ного углерода, а также высокомолекулярные углеводороды не смогут гореть.

Процесс горения нефтяного факела в закрученной струе протекает аналогично рассмотренному случаю при прямоточной струе. При закру­ченном движении на оси струи создается зона разрежения, вызывающая приток горячих продуктов сгорания к корню факела. Это обеспечи­вает устойчивое зажигание.

Использование центробежного эффекта в механических и вращающихся форсунках приводит к разрыву сплошного потока. Жидкость внутри выходного канала форсунки принимает форму полого цилиндра, заполненного парами и газами. Из сопла вытекает эмульсия, образуя жидкую пленку в виде раскрывающегося гиперболоида. В направлении движения сечение гиперболоида увеличивается, а пленка жидкости утоньшается, начинает пульсировать и, наконец, распадается на быстродвижущиеся капельки, которые в потоке подвергаются дальнейшему измельчению.

В паровых форсунках первичное дробление производится за счет кинетической энергии пара, истекающего из сопла форсунки. Капли первичного дробления приобретают скорость паровой струи, обычно соответствующую критической скорости.


15.5. Сжигание топлива и защита

окружающей среды


15.5.1. Черная металлургия как источник загрязнения окружающей среды

Металлургический завод, производящий 1 млн. т. стали в год, за сутки выбрасывает в атмосферу 350 т. пыли, 400 т. окиси углерода и 200 т. двуокиси серы. От общего количества выбросов на долю металлургических заводов приходится 20% выбросов пыли, 43% окиси углерода, 16% сернистого ангидрида и 23% окислов азота. Больше всего выбросов у аглофабрики и ТЭЦ. От общего количества выбросов металлургического завода аглофабрика даёт 34% пыли, 82% сернистого ангидрида, 23% окислов азота. ТЭЦ выбрасывает 36% пыли. Таким образом, аглофабрика и ТЭЦ вместе выбрасывают в атмосферу около 70% общезаводских выбросов пыли.

Различают очистку газов от взвешенных твёрдых частиц (пыли) и улавливание вредных газообразных веществ химическими методами газоочистки. В настоящее время очистка выбрасываемых в атмосферу газов от вредных газообразных веществ почти не применяется (и не только у нас) за исключением коксохимического производства, где такая очистка широко распространена в связи необходимостью улавливания ряда ценных веществ.

На заводах чёрной металлургии, главным образом, осуществляют механическую очистку газов от пыли. По принципу действия применяемые методы очистки делят на сухие и мокрые. Мокрые пылеуловители позволяют одновременно с улавливанием пыли частично очищать газы от диоксида серы (SO3). Однако эти пылеуловители повышают расход воды и требуют применения устройств для её очистки.


15.5.2. Аппараты для сухой механической очистки газов

Делятся на пылеуловители и фильтры. В свою очередь пылеуловители подразделяются на гравитационные и инерционные. Гравитационные пылеуловители имеют пылевые камеры различной конструкции. В этих пылеуловителях осаждение пыли происходит, в основном, под действием сил тяжести. Силы инерции здесь оказывают незначительное влияние на процесс извлечения пыли из потока газа.

На рисунке 15.2 приведена схема радиального пылеуловителя. В него через центральный газоход поступает запыленный

газ, который в бункере снижает скорость своего движения и меняет направление движения на 1800. Пыль, содержащаяся в газе, под действием сил тяжести и по инерции, оседает в бункере, а газ удаляется в очищенном виде.


Гравитационные пылеуловители эффективны при удалении частиц пыли с размерами большими 100 мкм, т.е. достаточно крупных частиц.

В инерционных (центробежных) пылеуловителях на частицы пыли действует сила инерции, возникающая при повороте или вращении газового потока. Так как эта сила значительно превосходит гравитационную, то и удаляются из газового потока частицы более мелкие, чем при гравитационной очистке.

Пример такого пылеуловителя - циклон, удаляющий из газового потока частицы пыли с размерами большими 20 мкм. Запыленный газовый поток вводится в верхнюю часть корпуса циклона через патрубок, расположенный тангенциально относительно корпуса. Поток приобретает вращательное движение, тяжелые частицы пыли силами инерции отбрасываются к стенкам циклона и под действием сил тяжести опускаются в бункер, а очищенный газ удаляется из циклона.

Фильтры - это аппараты, обеспечивающие тонкую очистку газа. По типу фильтрующего элемента подразделяются на фильтры с волокнистым фильтрующим элементом, с тканевым, зернистым, металлокерамическим, керамическим. Типичным примером являются фильтры с тканным фильтрующим элементом: из натуральных и синтетических тканей или металлотканый, выдерживающий температуру до 600 0С.

Регенерация тканевого фильтра осуществляется обратной продувкой сжатым воздухом.

Запыленный газ проходит через рукавную ткань, оставляя на ней частички пыли, и очищенным удаляется из фильтра. Пыль оседает в бункер по мере её накопления на ткани. Когда сопротивление ткани существенно возрастает, обратной продувкой воздухом тканевый рукав отчищается от пыли.


15.5.3. Электрофильтры


Электрофильтры - аппараты для тонкой очистки газа. Принцип действия этих фильтров основан на силовом взаимодействии заряженных частиц между собой и с металлическими электродами. Вы знаете, что одноимённо заряженные частицы отталкиваются, а разноименно заряженные - притягиваются. В электрофильтре частицы пыли, попадая в электрическое поле, заряжаются и затем под действием сил взаимодействия с осадительными электродами притягиваются к ним, осаждаются на них и теряют свой заряд. В качестве примера рассмотрим работу трубчатого электрофильтра. Фильтр состоит из корпуса и центрального электрода, конструкция которого на схеме не раскрыта. Корпус фильтра заземляется. Центральный электрод состоит из пластин, часть из которых подсоединена к корпусу, а другая часть - изолирована от него.


Изолированные и подсоединённые к корпусу электроды чередуются. Между ними создаётся разность потенциалов порядка 25-100 кВ. Величина разности потенциалов определяется геометрией электродов и тем больше, чем больше расстояние между ними. Это связано с тем, что электрофильтр работает, если между электродами существует коронный разряд.

Газ, проходя между электродами, ионизируется. Частицы пыли взаимодействуют с йонами, приобретают отрицательный заряд и притягиваются к осадительным электродам. Осаждаясь на электродах частицы пыли теряют свой заряд и частично осыпаются в бункер.

Производится периодическая очистка фильтра встряхиванием или промывкой. На время очистки фильтр отключается.

При работе на доменном газе фильтр промывают через каждые 8 часов в течение 15 минут. Максимальная температура очищаемого газа не должна превышать 300 0С. Рабочая температура очищаемого газа 250 0С. Высота электродов до 12 м.

Электрофильтр очищает газ от частиц пыли с размерами меньшими 1 мкм.


15.5.4. Мокрая очистка газов

В аппаратах мокрой очистки запыленный газ промывается водой, что позволяет отделить значительную часть пыли.

Наибольшее применение в чёрной металлургии нашли скрубберы различной конструкции и турбулентные газопромыатели.

Скрубберы - это агрегаты, в которых запыленный газ поднимается навстречу орошающей воде. С целью защиты от коррозии внутренние поверхности скруббера футеруются керамической плиткой. Максимальная температура газа в скруббере 300 0С. Размеры скруббера: диаметр - 6-8 м, высота - 20-30 м. Расход воды - 1,5-2 кг/м3 газа. В скрубберах осуществляется полутонкая очистка от пыли.

Скоростной газопромыватель - эффективный аппарат тонкой очистки, применяемый как самостоятельно, так и для подготовки газа перед электрофильтром. Состоит из трубы-распылителя и циклона каплеуловителя. Улавливает частицы пыли размерами до 0,1 мкм. Производительность по газу 40000 м3/ч и более. Удельный расход орошающей воды 0,15-0,5 кг/м3. Скорость газа в горловине трубы-распылителя 40-150 м/с.

Принцип действия скоростного газопромывателя основан на улавливании в циклоне мелких частиц пыли утяжелённых смачивающей их водой. Смачивание частиц пыли осуществляется в трубе-распылителе.


В заключение следует отметить, что пыль с частицами крупнее 10-20 мкм хорошо улавливается в большинстве аппаратов газоочистки. Для очистки от пыли с частицами меньшими 1
мкм пригодны только аппараты тонкой очистки: пористые фильтры, электрофильтры, скоростные газопромыватели.




Схожі:

Тема 15. Твердое и жидкое топливо и их сжигание >15 Расчет горения твердого и жидкого топлива Для расчета процессов горения твердого и жидкого топлива составляют материальный баланс процесса горения iconВодорода предполагается использовать в качестве автомобильного, авиационного и ракетного топлива, а также топлива для газовых турбин и мгд-установок
Мгд-установок. Например, запас топлива в виде жидкого водорода в 3-4 раза меньше по массе, чем традиционного, что в 2,5 раза увеличивает...
Тема 15. Твердое и жидкое топливо и их сжигание >15 Расчет горения твердого и жидкого топлива Для расчета процессов горения твердого и жидкого топлива составляют материальный баланс процесса горения iconАнализ диффузионного горения
Такая технология сжигания позволяет локализовать отходы газогенераторного процесса и улучшить экологическую обстановку у потребителя...
Тема 15. Твердое и жидкое топливо и их сжигание >15 Расчет горения твердого и жидкого топлива Для расчета процессов горения твердого и жидкого топлива составляют материальный баланс процесса горения iconПаспорт специальности 21. 06. 02 – "Пожарная безопасность"
Исследования закономерностей горения в условиях пожаров и факторов их возникновения
Тема 15. Твердое и жидкое топливо и их сжигание >15 Расчет горения твердого и жидкого топлива Для расчета процессов горения твердого и жидкого топлива составляют материальный баланс процесса горения iconОтчет о каждом этапе проверки импортируемого мокс-топлива kepco должен предоставлять администрации префектуры Фукуи. Заявление губернатора о возобновлении проекта мокс вызвало протест организации «Зеленое движение Киото»
Фукуи дала разрешение на использование отработавшего ядерного топлива для реактора аэс «Такахама». Губернатор Фукуи выразил также...
Тема 15. Твердое и жидкое топливо и их сжигание >15 Расчет горения твердого и жидкого топлива Для расчета процессов горения твердого и жидкого топлива составляют материальный баланс процесса горения iconГ. Г. Пятышкин Донецкий национальный технический университет
Слоевой метод сжигания твердого топлива занимает далеко не последнее место в технологии сжигания наряду с факельными методами. Он...
Тема 15. Твердое и жидкое топливо и их сжигание >15 Расчет горения твердого и жидкого топлива Для расчета процессов горения твердого и жидкого топлива составляют материальный баланс процесса горения iconГ. Г. Пятышкин Донецкий национальный технический университет
Слоевой метод сжигания твердого топлива занимает далеко не последнее место в технологии сжигания наряду с факельными методами. Он...
Тема 15. Твердое и жидкое топливо и их сжигание >15 Расчет горения твердого и жидкого топлива Для расчета процессов горения твердого и жидкого топлива составляют материальный баланс процесса горения icon3015 Методические указания к выполнению лабораторной работы 1 по дисциплине «Прикладная физика горения и взрыва»
«Анализ зонной структуры взрывчатого разложения пороха» для студентов дневной и заочной форм обучения специальности «Химическая технология...
Тема 15. Твердое и жидкое топливо и их сжигание >15 Расчет горения твердого и жидкого топлива Для расчета процессов горения твердого и жидкого топлива составляют материальный баланс процесса горения iconМетодические указания для выполнения лабораторных работ по дисциплине
Охватывают топлива с содержанием серы до 2%, вторые – топлива с содержанием серы от 2 до 3,5 %
Тема 15. Твердое и жидкое топливо и их сжигание >15 Расчет горения твердого и жидкого топлива Для расчета процессов горения твердого и жидкого топлива составляют материальный баланс процесса горения iconЧисленное исследование диффузионного горения Боев Ю. А., Свеженцева А. Г., Куля А. Н., Пятышкин Г. Г
Протекая практически одновременно, эти процессы воздействуют друг на друга. При этом создаются условия, когда из-за сильной нелинейности...
Тема 15. Твердое и жидкое топливо и их сжигание >15 Расчет горения твердого и жидкого топлива Для расчета процессов горения твердого и жидкого топлива составляют материальный баланс процесса горения iconМалоэнергоемкая технология производства пенобетона в. Н. Тарасенко
Анализ потребления тепла показал, что на нужды отопления и горячего водоснабжения в зданиях средней полосы России расходуется около...
Тема 15. Твердое и жидкое топливо и их сжигание >15 Расчет горения твердого и жидкого топлива Для расчета процессов горения твердого и жидкого топлива составляют материальный баланс процесса горения iconНаціональний університет біоресурсів І природокористування україни технологія виробництва паливних гранул
Сільськогосподарські підприємства при виробництві рослинної сировини для енергетичних цілей, конструкторські бюро при розробці обладнання...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи