Г.А. Околович - Учебное пособие - Нагрев и нагревательные устройства (1254309), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Номер показывает условную вязкость при температуре 500С.В зависимости от содержания серы мазут подразделяется на малозернистый (<0,5%), сернистый (0,5-1,0%) и высокосернистый (>1,0%).Мазут характеризуется теплотой застывания от плюс 5°С до минус25°C и температурой вспышки от плюс 80°С до плюс 125°C.83 Газообразное топливо представляет собой смесь различныхгорючих и негорючих газообразных химических соединений.Основными компонентами природного газа является метан СН4 степлотой сгорания: Qнр = 31600 кДж/кг.Кискусственномугазообразномутопливуотносятсягенераторные газы, полученные при неполной перегонке топлива вспециальных установках - газогенераторах.
Доменный газ,полученный при выплавке чугуна, обладает низкой теплотой сгорания3000-4000кДж/м. Коксованный газ, полученный при производствекокса, имеет высокую теплоту сгорания ≈10000 кДж/м.1.2 Горение топливаГорением называется процесс окисления горючих составляющихтоплива кислородом. При этом химическая энергия превращается втепловую.Горение протекает нормально только при определенныхусловиях: достаточное количество воздуха и соответствующаятемпература в очаге горения. Процесс состоит из смешения топлива икислорода, подогрева смеси до температуры воспламенения, реакцииокисления и горения топлива. Механизм горения по теории академикаСеменова заключается в регенеризации активных центров, а реакциягорения носит цепной характер.
При горении водорода активнымицентрами являются атомарный водород и радикал ОН.H + 3H 2 + O2 = 3H + 2 H 2O.Горение протекает только при достаточном подводе воздуха.Когда в очаг горения поступает необходимое количество кислорода, тоС + 0.5О2 = СО2 34000 кДж/кг углерод сгорает полностью выделяязначительное количество тепла. Такое горение называется полным.Если в очаг горения поступает недостаточное количествокислорода, то углерод сгорает не полностью, образуя новое горючеевещество - СО и выделяется значительно меньшее количество тепла:С + 0.5О2 = СО + 10500 кДж/кг.Такое горение называется неполным.
При дополнительномподводе кислорода углерод сгорает полностью, выделяя значительноеколичество тепла: С+О. Такое горение называется полным.Выделяемая при горении теплота расходуется на нагрев новыхпорций топлива и воздуха, нагрев образующихся продуктов горения ина компенсацию потерь теплоты в окружающую среду.9Температуру воспламенения следует учитывать при выборегорелок и форсунок. Если образование смеси топлива и воздухапроисходит внутри топливо - сжигающего устройства, а не в рабочемпространстве печи, то температура смеси должна быть нижетемпературы воспламенения.
В противном случае горение начинаетсявнутри горелок или форсунок, что приведет к их быстрому выходу изстроя.Различают три режима горения воспламенения. В противномслучаегорение(распространенияпламени):нормальное,неустановившееся или вибрационное, детонационное.Нормальная скорость горения составляет от 10 и до 15 м/сек.Предварительный подогрев газо-воздушной смеси до 5000C приводитк увеличению скорости горения почти в 10 раз, а сами смеси горятпрактически мгновенно.
В этом случае нормальный режим горениясменяется неустановившимся или вибрационным, характеризующимсяколебанием и вибрацией фронта пламени.Вибрационный режим горения неустойчив и может сменяться детонационным со скоростью перемещения зоны горения от2 до 3км/сек.При этом в зоне резко возрастает температура, плотность и давлениегаза (до нескольких десятков атмосфер). Процесс горения становитсянеуправляемым и заканчивается обычно взрывом газо-воздушнойсмеси.Горение смеси горючего газа и воздуха возможно только приопределенном их соотношении.
Предельные соотношения газа своздухом, при котором газо-воздушные смеси могут гореть, называютконцентрационными пределами. Различают нижний и верхнийпределы (таблица 2).Повышение температуры газовой смеси расширяет пределывоспламенения, а увеличение давления и наличие в смеси негорючихгазов (СО2, N2), наоборот, сужает эти пределы.ПРИ ПОДОГРЕВЕ ДО ТЕМПЕРАТУРЫ ВОСПЛАМЕНЕНИЯГОРЮЧАЯ СМЕСЬ ВОСПЛАМЕНЯЕТСЯ ПРИ ЛЮБЫХСООТНОШЕНИЯХ ГАЗА И ВОЗДУХА.Концентрационные пределы имеют большое практическоезначение для безопасного разжигания печей, ремонтных работ нагазопроводах и т.д. Если, например, в рабочем пространстве идымоходах слабо разогретой печи образуются газовые смеси,способные гореть, то они могут воспламеняться от случайныхразличных источников.10Таблица 2 - Концентрационные пределы воспламенения смесейгорючих газов с воздухом (без предварительного подогрева)ГазПредельное содержаниегорючего газа в %НижнееВерхнее4,17512,55,35,64751430,413ВодородОкись углеродаМетанКоксовый газПриродный газЭтот неуправляемый процесс горения часто переходит отнормальногокдетонационномураспространениюпламени,заканчивающемуся взрывом.
Поэтому во всех случаях необходимоизбегать образования горючих смесей внутри рабочего пространстваслабо разогретых печей, а также в газо - и воздухопроводах.В теплотехнике часто используют понятие теплового напряжения, под которым понимают количество теплоты, выделяющеесяпри сжигании топлива в единицу времени, соотнесенное к 1 м3 топкиили рабочего пространства печи. Тепловое напряжение топлива можетбыть до 600квт/м3, а при сжигании газообразного - вдвое больше.1.3Расчет потребного количества воздухаВ технических расчетах принято: в состав сухого атмосферноговоздуха входит 21 % кислорода и 79% азота или на 1 объемнуюединицу поступающего для горения кислорода приходится 3,76единиц азота.Для горючих составляющих твердого и жидкого топлива S, Н, С,которые сгорают, образуя продукты горения СО2, (Н2О) пары, SО2,молекулярные веса принимаются округленными до 1, а для газоводинаковый объем одного килограмма молекул, равный 22,4м3.Объем воздуха и продуктов горения относят к нормальнымусловиямС p + H p + O p + N p + S p + A p + W p = 100%.Теоретический расход сухого воздухаLC0 = ( 22.4( K + 3.762 K )) / 100 = 1.07 м3/кг11(1.5)L0 = ( 1 + K )VO2(1.6)где К - отношение процентного содержания азота к кислороду,К=3,76; VO2 - расход кислорода на горение, м3/кг.Молекулярная масса химических элементов:Н2 = 2; N = 28; О2 = 32; S` = 32; С = 12.Горючими составляющими является углерод, водород и сера.Реакции полного горения имеют вид:С + О2 + KN 2 = СО2 + КТ 2 + Q2 ;2 H 2 + O1 + КN 2 = 2 H 2O + KN 3 + Q2 ;S + O 2 + KN 2 = SО2 + KN 2 + Q3 .Азот переходит в продукты горения.
Поэтому при горении 1 моляуглерода получается 2 моля СО2 и 3,76 моля N. На горение 1 моляуглерода затрачивается 1 моль кислорода объемом 22,4м3. Если надорассчитать расход кислорода на 1 кг углерода, то объем 1Кмоля делятна молекулярную массу углерода, равную 12; 22,4/12 = 1,867 м3/кг О2.Рассуждая аналогично, получим, что на горение1 кг Н затрачивается 22,4/4= 5,6 м3 О2,1 кг S - 22,4/32 = 0,7 м3 О2.На практике количество поступающего воздуха отличается оттеоретического. Вводится некоторый избыток, который необходим длялучшего перемешивания топлива с кислородом. Отношениеколичества практически вводимого воздуха к теоретическинеобходимому количеству называется коэффициентом расходавоздуха (α):α = Ln L0 ,(1.7)Ln = α L0 ;(1.8)где Ln - практическое количество вводимого воздуха, апрактическое количество продуктов горения:Vn = V0 + ( α − 1 ) ⋅ L0(1.9)Однако увеличение расхода воздуха и образование большогоколичества продуктов горения приводит к возрастанию потребныхмощностей и увеличению потерь тепла с отходящими газами, куменьшению температуры горения, к увеличению окисления металла ит.д.12Наивыгоднейшим коэффициентом расхода воздуха являетсятакой, при котором потери тепла от неполноты горения и сотходящими газами будут наименьшими.На практике для основных видов топлива коэффициенты расходавоздуха подчитаны и составляют для:твердого топлива α = 1,3-1,6;пылевидногоα = 1,2 - 1,25;жидкогоα = 1,1 - 1,15;газообразного α = 1,05- 1,1.Расчет потребного количества кислорода, состава и количествапродуктов горения для газообразного топлива производится по той жеметодике.Пример.
Определить расход воздуха для полного горения мазута,если известно: 76,2% Cр; 10,6 Нp; 0,2 Оp; 0,6 Np; 2,1 Sp и 10% Wp.Коэффициент расхода воздуха α= 1,2. Мазут распыливается воздухом.Влажностью воздуха можно пренебречь.Определим, прежде всего, расход кислорода на горение:VO2 = 0.01(1.867 ⋅ С P + 5.6 H P + 0.7 S P − 0.7O P ) == 0.01(1.867 ⋅ 76.2 + 5.6 ⋅ 10.6 + 0.7 ⋅ 2.1 − 0.7 ⋅ 0.2) == 0.01(142.3 + 59.4 + 1.33) = 0.01 ⋅ 203.03 = 2.03 м3 / кг.расход воздуха на горение:L0 = (1 + K )VO 2 = (1 + 3.76) ⋅ 2.03 = 9.66 м3 / кг.Действительный расход воздуха на горение:Lп = α L0 = 1.2 ⋅ 9.66 = 1 = 10.6 м 3 / кг1.4 Температура горенияТемпература горения зависит от количества подаваемого воздуха,температуры предварительного подогрева воздуха и топлива икачества подготовки топлива к горению.Различают температуры: калориметрическую, теоретическую,практическую.Калориметрической называется такая температура, до которойнагрелись бы продукты горения, если бы все топливо пошло только наих нагревание.13tк = QH / ∑ mC(1.10)где m - масса горючего состава топлива,С - средняя теплоемкость топлива.Теоретическая температура горения - это наивысшая температурапри достаточном расходе воздуха (α = 1) с учетом химическогонедожога продуктов горения:t0 = ( QHp + qТ + qВ + qдис ) /( C0tm ⋅ V ).(1.11)3где qт - физическая теплота единицы топлива, кДж/м ;qв-физическая теплота воздуха, расходуемого на горениеединицы топлива, кДж/м3;qдис - потери теплоты в результате диссоциации двуокисиуглерода и водяного пара, кДж/м3;Cоtm - средняя теплоемкость продуктов горения в интервалетемператур от 00C до температуры подогрева tm, кДж/м3;V - объем продуктов горения, м3/кг.Видно, что температура будет тем выше, чем больше числительдроби и меньше знаменатель.
Следовательно, повысить температуругорения можно подогревом топлива и воздуха, а также уменьшениемнедожога применением более совершенной конструкции топливосжигающего устройства. Уменьшить объем продуктов горения можноувеличением содержания кислорода в дутье, что снижает количествобалластного азота.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
