Теплотехника
Шрифт:
Воспламенение смеси горючего газа и воздуха возможно только при их определенном соотношении. Их предельные соотношенияназывают концентрационными пределами. Различают нижний и верхний пределы, определяемые предельным содержанием горючего газа в смеси, %. Для водорода пределы имеют значения 4,1 – 75; оксида углерода – 12,5-75; метана – 5,3-14; коксового газа – 5,6-30,4, а для природного газа – 4-13.
В теплотехнике часто используют понятие теплового напряжения, под которым подразумевают количество теплоты, выделяющееся при сжигании топлива в единицу времени, отнесенное к 1 м3 топки или рабочего пространства печи. Для жидкого топлива оно доходит до 600 кВт/м3,
6. Аналитический расчет горения топлива
Для расчетов используют следующие соотношения и величины:
1) отношение объемного содержания азота к кислороду в обычном воздухе, не обогащенном кислородом, k= 3,76;
2) молекулярную массу химических элементов (для водорода она приближенно равна 2, для азота – 28, кислорода и серы – 32 кг/моль);
3) объемы воздуха и продуктов горения при нормаль-ныхусловиях (температура 0 °С, давление 101,3 кПа).
Рассмотрим состав жидкого топлива:
СP + НP + ОP + NP + Sp + Ар + Wp=100.
Горючими составляющими являются углерод, водород и сера. При использовании сухого воздуха реакции полного горения составляющих имеют вид:
С + О2 + kN2 =CO2 + kN2 +Q1;
2H2 + O2+ kN2 =2H2O + kN2 + Q2;
S + O2+ kN2 = SO2+ kN2 +Q3.
При горении 1 моля углерода и серы расходуется по 1 молю кислорода. При горении 2 молей водорода расходуется также 1 моль кислорода. С каждым молем кислорода в печь вносится k молей азота. Азот переходит в продукты горения. Поэтому, например, при горении 1 моля углерода получаются 1 моль углекислого газа и 3,76 моля азота. При горении углерода по этой реак6б ции выделяется количество теплоты Qt. При горении водорода образуется свой состав продуктов горения и выделяется иное количество теплоты.
На горение 1 моля углерода затрачивается 1 кмоль кислорода объемом 22,4 м3. Если надо рассчитать расход кислорода на 1 кг углерода, то объем 1 кмоля кислорода делят на молекулярную массу углерода, равную 12. Поэтому на 1 кг углерода расходуется 22,4 / 12 = = 1,867 м3/кг кислорода. Рассуждая аналогично, получим, что на горение 1 кг водорода затрачивается 22,4 / /(2 О2) = 5,5 м3 кислорода (произведение в знаменателе означает, что в реакции горения принимают участие две молекулы водорода с молекулярной массой 2). На горение 1 кг серы расходуется 22,4 / 32 = 0,7 м3 кислорода.
Отношение действительного расхода воздуха к теоретически необходимому расходу называют коэффициентом расхода воздуха:
= La /L0, или La= L0,
где La и L0– действительный
7. Контроль коэффициента расхода воздуха
При недостатке воздуха или несовершенстве топли-восжигающих устройств горение может быть неполным.
Наличие в продуктах горения горючих составляющих (оксида углерода, водорода, метана или сажистого углерода) обусловливает химическую неполноту горения или, как чаще говорят, химический недожог топлива. Последний характеризуется потерями теплоты в процентах от низшей теплоты сгорания топлива.
Чем больше коэффициент расхода воздуха, тем полнее протекает процесс горения. Однако увеличение этого коэффициента приводит к повышенному расходу воздуха и значительным потерям теплоты с газами, уходящими из печи. Температура в печи снижается, что приводит к ухудшению теплоотдачи в рабочем пространстве и усиленному окислению металлов. Поэтому в практике эксплуатации печей стремятся к выбору оптимального коэффициента расхода воздуха a.
Контроль aосуществляют двумя методами. По одному из них измеряют расходы топлива и воздуха и с помощью заранее вычисленных таблиц определяют а.Од-нако этот метод не позволяет учесть воздух, попадающий в печь через рабочие окна и неплотности в кладке печей. Поэтому периодически коэффициент расхода воздуха проверяют по составу продуктов сгорания при помощи газоанализаторов. Химическим анализом определяют содержание в продуктах сгорания RO2, CO, Н2, СН4 и О2, а затем с помощью формулы С. Г. Тройба определяют a:
= 1+ UO2изб/ RO2.
Здесь O2изб = О2 – 0,5СО – 0,5Н2– 2СН4– содержание избыточного кислорода.
RO2 = RO2+ CO + СН4+…,%;
U– коэффициент, зависящий от вида топлива.
Для мазута U=0,74, для природного газа – 0,5.
Рассмотрим примеры.
Задача.
Определить a,если RO2 14%, СО 4%, СН40,5%; Н2 1%, О2 2%.
O2изб = 2 – 0,5(4 + 1) – 2 О 0,5 = -1,5%;
RO2 = 14 + 4 + 0,5 = 18,5%;
a= 1 – 0,5 О 1,5 / 18,5 = 0,96.
8. Использование энергии
Некоторые положения в области тепловой работы печей могут быть получены непосредственно из классической термодинамики обратимых процессов.
Под тепловой работой печи понимается совокупность происходящих в ней тепловых процессов, конечной целью которых является совершение того или иного технологического процесса.