Реакции горения и материальный баланс котла презентация

(окислением азота обычно пренебрегают).
Пользуясь уравнениями реакций окисления горючей массы топлива и её составом, можно подсчитать
теоретическое количество воздуха, – необходимое для полного сгорания топлива,
и объемы продуктов сгорания.

Лекция 4

приходящиеся на единицу массы данного горючего элемента.

Деление массы газообразных реагентов на их плотность дает их объемы в нормальных (н)м3 при нормальных условиях (н.у.) : 273 К (0 оС) и 0.98⋅105 Па (760 мм рт. ст. = 1 атм)

Лекция 4

О2 = 44 кг СО2
С +(32/12)О2= (44/12)СО2
С+2.67 О2 =3.67 СО2 кг/(кг С)
Объём газовых реагентов
С+ (2.67/1,429)О2 =(3.67/1,977) СО2
С+1,866 О2 = 1,86 СО2 нм3/(кг С)

Лекция 4

3.66 кг (1.86 м3) СО2

1 кг S + 1 кг (0.7 м3) О2 = 2 кг (0.7 м3) SО2

1 кг H2 + 8 кг (5.55 м3) О2 = 9кг (11.8 м3) Н2О

(всю серу полагают органической)

необходимый для полного сгорания 1 кг рабочей массы твердого или жидкого топлива (м3/кг)
или
1 м3 газообразного топлива (м3/м3)

водород частично уже окислен кислородом топлива с образованием воды (Н2О = 2 кг Н2 + 16 кг О).
Поэтому в окислении кислородом воздуха нуждается только свободный водород (Нр – 0.125Ор).
kвозд = 0.033 для органич. серы, kвозд= 0.0456 для колчеданной серы, а так как вся сера в расчетах считается органической
для обеих принимают kвозд ≈ 0.033.

(Ср/100)*(1.86/0.21)

(Нрсвоб/100)*(5.55/0.21)

Формула может быть приведена к виду:

участвующего в горении, переходит в состав продуктов сгорания в виде молекулярного азота.

Лекция 3

Теоретический объем сухих продуктов сгорания, образующихся при сжигании 1 кг твердого/жидкого топлива в теоретически необходимом объеме воздуха, м3/кг

входит водяной пар, который включает в себя:
пар, образующийся в результате полного сгорания водорода топлива (как свободного, так и связанного);
пар, полученный при испарении влаги топлива;
пар, вносимый в топку с теоретическим количеством воздуха (содержание влаги в воздухе принимают обычно d = 10 г/кг = 0.01 кг/кг или 0.0161 м3/м3);
пар, используемый иногда для распыления мазута в форсунках (Gф , кг/кг).

3

Gф – масса пара, расходуемого на распыление мазута в паровых форсунках, кг/кг топлива.

Теоретическое количество водяного пара, м3/кг

количества азота
и теоретического количества водяного пара

* при анализе состава продуктов сгорания концентрации трёхатомных газов CO2 и SO2 раньше измерялись совместно, что давало их суммарный объём.
трёхатомные газы наряду с парами воды ответственны за тепловое излучение от факела горящего топлива к топочным экранам.

Теоретический объем продуктов сгорания, м3/кг

также интенсивностью их перемешивания друг с другом.
В процессе горения по мере расходования топлива и кислорода их концентрации уменьшаются, и скорость горения падает.
При этом вследствие ограниченной скорости перемешивания топлива и воздуха трудно добиться полного выгорания топлива при теоретическом количестве воздуха.
Поэтому в топку всегда подаётся больше воздуха, чем теоретически необходимо.

Лекция 3

Действительные объёмы продукты сгорания. Избыток воздуха в топке

, действительно подаваемого в топку,
к его теоретически необходимому количеству V о

Лекция 4

относится к бурым и каменным углям, а верхний – к тощим углям и антрацитам.
При размоле бурых и каменных углей в молотковых мельницах рекомендуется выбирать верхний предел, т.е. 1.25.
При жидком шлакоудалении из-за повышения температуры в топке и уменьшения присосов воздуха αт может быть снижен для однокамерных топок до 1.2,
Для двухкамерных и циклонных топок - до 1.1.
При сжигании природных газов и мазута в котлах, снабженных автоматикой горения и регуляторами давления в газопроводе, αт может быть снижен до 1.05.
При сжигании древесного и альтернативных местных топлив в котлах малой мощности принимают α т = 1.2-1.3

Лекция 3

Для вновь проектируемых котлов α т выбирают в зависимости от вида сжигаемого топлива, метода сжигания и конструкции топки

газов и водяных паров

Действительный объем продуктов сгорания при αт >1 больше теоретического на
объем избыточного воздуха на входе в топку (α –1)Vo
и объем водяных паров, содержащихся в избыточном воздухе, 0.0161(α – 1)Vо.

Поэтому общий действительный объем продуктов сгорания, м3/кг

продуктов сгорания складывается из беззольной массы топлива и массы воздуха, подаваемого для горения:

слоевом сжигании К = 0.7, при камерном К = 1.0.

должен включать дополнительное выделение углекислоты из разложившихся карбонатов

Лекция 4

(α т = 1) газообразного топлива, м3/м3

+ влага топлива + влага теоретич. воздуха)

– влагосодержание 1 м3 сухого газообразного топлива,
≈ 10 г/м3.

Действительный объем продуктов сгорания газа
(теор.объём + объём влажного избыт. воздуха)

предотвращения выбросов газов в помещение котельной.
В последующих за топкой газоходах котла разрежение больше, чем в топке на величину их гидравлического сопротивления.
Через неплотности в металлической обшивке и обмуровке котла, через лазы и гляделки в газоходы, находящиеся под разрежением, подсасывается атмосферный воздух. За счет этого увеличивается объем продуктов сгорания


Современные котельные агрегаты имеют газоплотные топочные камеры и газоходы, предотвращающие подсосы воздуха α т = α ух.

Лекция 3

Определение реального коэффициента избытка воздуха по составу дымовых газов

анализа проб продуктов сгорания, отбираемых из газоходов (по составу дымовых газов).
Обычно в газоанализаторах исследуется осушенный газ, т.е. определяется состав сухого газа (в % по объёму).
Коэффициент избытка воздуха при полном сгорании топлива можно определить по концентрациям кислорода и азота в сухих газах ("азотная" формула)

Лекция 4

= 1) концентрация СО2 в сухих продуктах:

RО2 макс = СО2макс = 21 %.

Лекция 3

(в воздухе 21 % кислорода; согласно реакции горения

C + O2 = CO2

1 кмоль кислорода заменяется одним кмолем CO2 ,
т.е. весь O2 заменяется таким же объёмом CO2, поэтому конечная концентрация диоксида углерода равна исходной концентрации кислорода = 21 %).

Концентрация RО2 в сухих продуктах сгорания определяется по формуле

присутствуют другие горючие элементы (Н и S), в теоретическом количестве воздуха (α = 1) концентрация RО2 в сухих продуктах будет меньше:




где β – топливный коэффициент Бунте для твёрдого и жидкого топлива




Т.обр., для каждого топлива существует максимальное содержание RО2 , которое образуется при полном сгорании в условиях α = 1.

в воздухе-окислителе (21%) расходуется на окисление углерода и серы (т.е. образование RO2), свободного водорода (множитель (1+β)), а избыточное количество переходит в дымовые газы (О2 – концентрация кислорода в сухих дымовых газах).

Топливный коэффициент Бунте
– величина, зависящая только от элементарного состава топлива (т.е. – характеристика топлива) и равная отношению
(объём О2 на окисление свободного водорода топлива) / (объём О2 на образование 3-атомных газов).

При полном сгорании топлива и α > 1, т.е. при наличии в газах остаточного кислорода, концентрация CO2 будет ещё меньше:

откуда следует ОБЩЕЕ (ОСНОВНОЕ) УРАВНЕНИЕ ПОЛНОГО
ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА

получаем общее выражение для определения коэффициента избытка воздуха при полном сгорании топлива

Если пренебречь коэффициентом Бунте (т.е. окислением водорода), то расчет α можно вести по приближённой формуле

Отсюда содержание кислорода и азота в сухих дымовых газах при полном сгорании топлива и α > 1

приближенно равен объему сухих продуктов, а процент "лишнего" кислорода – концентрации свободного кислорода в сухих газах О2.
Тогда коэффициент избытка воздуха можно выразить как отношение объёмного содержания кислорода в воздухе, подаваемом для горения, к процентной доле "сгоревшего" кислорода.

где 21 % – содержание кислорода в исходном воздухе,
О2 , % – концентрация остаточного кислорода в сухих газах,
(21- О2), % – "сгоревший" кислород.

Лекция 3

Последнюю формулу называют "кислородной"

концентрация кислорода, из которой исключена часть, необходимая для дожигания оставшихся горючих

При неполном сгорании топлива коэффициент избытка воздуха определяется по модифицированной азотной формуле

измеренные концентрации О2 и продуктов неполного сгорания в сухих газах

количеством топливного азота

ОБЩЕЕ УРАВНЕНИЕ НЕПОЛНОГО ГОРЕНИЯ

для случая, когда в дымовых газах из продуктов неполного сгорания имеется только СО

зависит от избытка воздуха, то эксплуатационный контроль за поддержанием необходимого αт в топке и за плотностью газоходов производится по измеренным значениям О2.
С этой целью применяются
автоматические кислородомеры.

Лекция 4

и СО
(СО с компенсацией по Н2 – только Тesto 325XL). 2 канала измерения температуры, двухдиапазонный встроенный датчик давления. Возможность распечатки данных на IR принтере.
Расчет показаний СО2 по заданному СО2 max.
Диапазон измерения: – 40 °С …+600°С ± 40(200) мбар 0…21% О2 0…4000 ppm CO

Лекция 3

Компактный анализатор дымовых газов

встроенный дифманометр. Два канала измерения температуры. Есть возможность подключения внешнего зонда измерения атмосферного СО и утечек природного газа. Объем памяти: 200 блоков. Возможность распечатки данных на IR принтере. Измеренные и сохраненные данные можно передать для дальнейшей обработки на PC(USB-интерфейс).
Может комплектоваться различными газозаборными зондами.
Диапазон измерения: -40 °С …+1200°С ±80 мбар 0…21% О2 0…4000/8000 ppm CO 0…300(3000-опция) ppm NO 0…500 ppm CO атмосф.

Лекция 4

встроенный дифманометр. Два канала измерения температуры. Модель Тesto300XL имеет механический клапан прикрытия ячейки СО, также есть возможность подключения внешнего зонда измерения атмосферного СО и утечек природного газа. Объем памяти: 20 блоков (Тesto 300М), 100 блоков (Тesto 300XL). Возможность распечатки данных на IR принтере. Измеренные и сохраненные данные можно передать для дальнейшей обработки на PC. Может комплектоваться различными газозаборными зондами.
Диапазон измерения: -40 °С …+1200°С ±80 мБар 0…21% О2 0…8000 ppm CO 0…3000 ppm NO 0…500 ppm CO атмосф.

Лекция 4

газозаборный зонд.
Измеряет:
- О2 , СО, NO (опция), NO2 или CO2 (опция), (максимум 4 модуля; встроенный датчик, в зависимости от подключенных внешних зондов),
- температуру,
- дифференциальное давление.
Управляющий модуль может использоваться как прибор для измерения:
- температуры,
- влажности,
- скорости воздуха,
- дифференциального давления,
- концентрации атмосферного CO и СО2 ,
- скорости вращения.
Имеется встроенный блок пробоподготовки.

Лекция 3

Портативный модульный газоанализатор Тesto 350 М