Наталья Бурханова Теплотехника Основные виды ресурсов




НазваниеНаталья Бурханова Теплотехника Основные виды ресурсов
страница1/8
Дата конвертации25.03.2013
Размер100.83 Kb.
ТипТексты
  1   2   3   4   5   6   7   8
Наталья Бурханова Теплотехника



1. Основные виды ресурсов.


Основные составляющие жидкого топлива Топливо – источник получения энергии; горючее вещество, вырабатывающее при сгорании значительное количество теплоты.
По агрегатному состоянию выделяют твердое, жидкое и газообразное топливо.
К твердому естественному топливу относят дрова, бурые и каменные угли, торф, антрацит; к твердому искусственному топливу – кокс, древесный уголь, брикеты и пыль из бурого и каменного углей, термоантрацит. Естественного жидкого топлива нет. В качестве искусственного жидкого топлива используют различные смолы и мазут. Газообразное топливо может быть естественным, таким как природный газ. В качестве искусственного газообразного топлива применяют газы, получаемые в коксовых печах (коксовые), в доменных печах (доменные или колошниковые) и в газогенераторах (генераторные).
Жидкие топлива – это в основном вещества органического происхождения, основные составляющие элементы которых – углерод, водород, кислород, азот и сера.
Углерод (С) – основной носитель теплоты. При сгорании 1 кг углерода выделяется 34 000 кДж теплоты. Углерод может содержаться в мазуте до 85%, образуя соединения.
Водород (Н) – второй наиболее важный элемент топлива: при сгорании 1 кг водорода выделяется около 125 000 кДж теплоты. Содержание водорода в жидких топливах составляет 10%.
В состав жидкого топлива входят также влага (W) и до 0,5% золы (А).
Азот (N) и кислород (О) входят в состав сложных органических кислот и фенолов, содержатся в топливе в небольших количествах (около 3%).
Сера (S) при сгорании выделяет большое количество теплоты, однако сернистые соединения при взаимодействии с расплавленными или нагреваемыми металлами ухудшают их качество: продукты горения, содержащие сернистые соединения, повышают коррозию металлических деталей печей, сталь, насыщенная серой, обладает повышенной красноломкостью. Сера обычно входит в состав углеводородов (до 4% и более).
Состав рабочего топлива: 
Cp + Hp + Op + Np + Sp + Аp = 100 %.
Высушенное топливо, не имеющее влаги, называют сухой массой (с):
Cс + Hс + Oc+ Nс + Sc+ Ас= 100%. Органическую массу топлива, содержащую серу, называют горючей массой (г):
Сг + Нг + Ог + Nг + Sг = 100.




2. Основные составляющие газообразного топлива


Газообразные топлива – это в основном смесь различных газов, таких как метан, этилен, и других углеводородов. Также в состав газообразного топлива входят оксид углерода, диоксид углерода или углекислого газа, азот, водород, сероводород, кислород и другие газы, а также водяные пары.
Природный газ добывают из чисто газовых месторождений или вместе с нефтью (попутный газ). В первом случае основной горючей составляющей является метан, содержание которого может доходить до 95– 98%. Попутные газы, помимо метана, содержат значительные количества других углеводородов: этан (С2Н6), пропан (С3Н8), бутан (С4Н10), пентан (С5Н12) и др. Попутные газы имеют высокую теплоту сгорания, но в качестве топлива их используют редко. Их применяют в основном в химической промышленности.
С помощью приборов, называемых газоанализаторами, определяют состав газообразного топлива.
В состав сухого газообразного топлива входят:
CH4+ C2H4+ CO2 + H2+ H2S + CmHn+ N2 + O2+... = 100.
Метан (СН4) – основная составляющая часть многих природных газов. При сгорании 1 м3метана выделяется 35 800 кДж теплоты. Метана в природных газах может содержаться до 93-98%.
Этилен (С2Н4) – при сгорании 1 м3этилена выделяется 59 000 кДжтеплоты. В газах может содержаться небольшое его количество.
Водород (Н2) – при сгорании 1 м3водорода выделяется 10 800 кДж теплоты. Многие горючие газы, кроме коксового, содержат относительно небольшое количество водорода. Однако в коксовом газе его содержание может достигнуть 50-60%.
Пропан (С3Н8), бутан (С4Н10) – при горении этих углеводородов выделяется большее количество теплоты, чем при сгорании этилена, но в горючих газах их содержание незначительно.
Оксид углерода (СО) – при сгорании 1 м3этого газа выделяется 1 2 770 кДж теплоты. Оксид углерода – основная горючая составляющая доменного газа. Этот газ не имеет ни цвета, ни запаха, очень ядовит.
Сероводород (H2S) – при горении 1 м3сероводорода выделяется 23 400 кДж теплоты. При наличии в газообразном топливе сероводорода повышается коррозия металлических частей печи и газопровода. При одновременном присутствии в газе кислорода и влаги коррозирующее воздействие сероводорода усиливается. Сероводород – тяжелый газ с неприятным запахом, обладает высокой токсичностью.
Остальные газы (СО2, N2, О2) и пары воды – балластные составляющие. Их присутствие в топливе приводит к понижению температуры его горения. При повышении содержания этих газов снижается содержание горючих составляющих. Содержание в топливе более 0,5% свободного кислорода считается опасным по условиям техники безопасности.




3. Теплота сгорания топлива


Теплота сгорания топлива – это то количество теплоты Q (кДж), которое выделяется при полном сгорании 1 кг жидкого или 1 м3газообразного топлива.
В зависимости от агрегатного состояния влаги в продуктах сгорания имеет место разделение на высшую и низшую теплоту сгорания.
Влага в продуктах сгорания жидкого топлива образуется при горении горючей массы водорода Н, а также при испарении начальной влаги топлива w. В продукты сгорания попадает также и влага воздуха, использованного для горения. Однако ее обычно не учитывают. При содержании в топливе водорода с горючей массой Нркг при горении образуется 9НРкг влаги. При этом в продуктах сгорания содержится (9НР+ WP) кг влаги. На превращение 1 кг влаги в парообразное состояние затрачивается около 2500 кДж теплоты. Теплота, затраченная на испарение влаги, не будет использована, если конденсации паров воды не произойдет. В этом случае получим низшую теплоту сгорания.
QpH=QpB -25(Нp+Wp).
Теплоту сгорания определяют двумя методами: экспериментальным и расчетным.
При экспериментальном определении теплоты сгорания применяют калориметры.
Методика определения: навеску топлива сжигают в приборе (калориметре), теплота, выделяющаяся при горении топлива, поглощается водой. Зная массу воды, по изменению ее температуры можно вычислить теплоту сгорания. Этот метод хорош тем, что прост. Для определения теплоты сгорания достаточно иметь данные технического анализа.
Расчетный метод. Здесь теплоту сгорания определяют по формуле Д. И. Менделеева:
QpH= 339Сp+1030Нp-109(Оp-Sp) – 25 WpкДж/ кг, где Ср, Нр, Ор, Sp и Wрсоответствуют содержание углерода, водорода, кислорода, серы и влаги в рабочем топливе, %.
Условное топливо – это понятие, которое используют для нормирования и учета расхода топлива.
Условным принято называть топливо с низшей теплотой сгорания (29 310 кДж/кг). Для перевода любого топлива в условное следует разделить его теплоту сгорания на 29 310 кДж/кг, т. е. найти эквивалент данного топлива: для мазута он равен 1,37-1,43, для природных газов – 1,2-1,4.







4. Основное топливо для печей
Мазут является продуктом переработки нефти, его используют для розжига печей. Теплота сгорания мазута равна 39-42 МДж/кг. Примерный состав мазута: 85-80% С; 10-12,5% НР; 0,5-1,0% (ОР+ NP); 0,4– 2,5% SP; 0,1-0,2% АР; 2% WP. Содержание влаги в мазуте не должно превышать 2% при отправлении с нефтеперегонного завода. В мазуте также содержится сера, в зависимости от процентного содержания которой мазут подразделяют на малосернистый (<0,5% Sp), сернистый (0,5-1% Sp) и высокосернистый (>1% Sp).
Мазут подразделяют также по содержанию парафина и способу переработки нефти. Бывает мазут прямой перегонки (маловязкий) и крекинг-мазут, обладающий повышенной вязкостью. В зависимости от вязкости мазут классифицируют по маркам. Номер марки мазута показывает условную вязкость при температуре 50oС (ВУ50). Вязкость определяют с помощью приборов – вискозиметров. За условную вязкость принимают отношение времени истечения 200 см3нефтепродукта при температуре испытания ко времени истечения такого же объема воды, имеющей температуру 20oС. В связи с этим показателем мазут подразделяют на марки 40, 100, 200 и МП (мазут для мартеновских печей).
С увеличением номера марки мазута увеличивается его плотность, которая составляет 0,95-1,05 г/см3 при 20oС; при повышении температуры плотность уменьшается.
При подготовке мазута к сжиганию необходимо учитывать его плотность и марку. Подготовка заключается в отстое и фильтрации мазута для отделения воды и механических примесей (глины, песка и т. п.), которая проходит при повышенной температуре, в результате чего происходит отделение мазута от воды: вязкость и плотность мазута при нагреве уменьшаются, вследствие чего он всплывает вверх. Внизу емкости скапливается влага, вверху – обезвоженный мазут.
При сливе из железнодорожных цистерн, при подаче по трубопроводам из заводских и цеховых емкостей к печам, а также при распылении форсунками (мазут обычно сжигают в распыленном состоянии) большое значение имеет вязкость мазута. На перекачку и распыление мазута затрачивается тем меньше энергии, чем ниже его вязкость. Следовательно, чем выше температура, тем ниже вязкость. Температуру выбирают по графикам вязкости, исходя из обеспечения условной вязкости мазута 5-10 ед.
Температуру вспышки мазута, т. е. температуру нагрева, при достижении которой начинается интенсивное выделение летучих составляющих, способных загораться от искры или пламени, необходимо учитывать при разогреве. Температура вспышки обычно изменяется в пределах 80-190оС. И не следует путать температуру вспышки и температуру воспламенения, под которой понимают температуру нагрева, при достижении которой (температура воспламенения мазута 530-600oС, газов – 500-700oС) мазут самопроизвольно воспламеняется и при благоприятных условиях продолжает гореть.




5. Основные положения теории горения


Горением называют процесс быстрого химического соединения горючих элементов топлива с окислителем (обычно с кислородом воздуха), сопровождающийся выделением теплоты и света.
Факел – один из видов пламени, который образуется при струйной подаче топлива и воздуха в печь. В факеле, который имеет конкретные формы и размеры, происходят единовременно процессы непосредственно горения, подогрева смеси до температуры воспламенения и перемешивания.
В теории горения различают гомогенное и гетерогенное горение. Гомогенное горение происходит в объеме, а гетерогенное горение – на поверхности капелек, а затем, после испарения летучих составляющих – на сажистых частицах. Чем меньше размер частиц жидкого топлива, тем больше будет удельная поверхность взаимодействия жидкой фазы с газовой. Поэтому распыление жидкого топлива позволяет сжечь больше топлива в единице объема, т. е. интенсифицировать горение.
Гомогенное горение может происходить в двух случаях, которые называются кинетическим и диффузионным. В кинетическом случае в зону горения (скажем, в рабочее пространство печи) подают заранее подготовленную топливно-воздушную смесь. Главная часть процесса – это непосредственный прогрев смеси и окисление горючих составляющих топлива и горение. При этом факел становится коротким и высокотемпературным. Предварительный подогрев смеси или обогащение воздуха кислородом ускоряют процесс горения: подогрев практически всех газовоздушных смесей до 500 °С способствует увеличению скорости горения почти в 10 раз.
Но температура предварительного подогрева смеси не должна превышать температуры ее воспламенения. При диффузионном горении процессы прогрева, смешения смеси и горения осуществляются в факеле одновременно. Наиболее медленная стадия – встречная диффузия молекул микро– и макрообъемов газа и воздуха, другими словами – смесеобразование. Поэтому факел будет длиннее, чем в первом случае. В стремлении сократить длину факела производят дробление газового и воздушного потоков на отдельные струйки. Также уменьшить факел помогает увеличение скоростей струй и направление потоков газа и воздуха под углом друг к другу и т. д.
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 м3топки или рабочего пространства печи. Для жидкого топлива оно доходит до 600 кВт/м3, а для газообразного – вдвое больше.




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 м3кислорода (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 м3кислорода.
Отношение действительного расхода воздуха к теоретически необходимому расходу называют коэффициентом расхода воздуха:
? = La /L0, или La= ?L0,
где La и L0– действительный и теоретический расходы воздуха, м3/кг или м3/м3. Коэффициент расхода воздуха зависит от вида топлива, конструкции топливосжигающего устройства (горелки или форсунки) и температуры подогрева воздуха и газа.




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.
  1   2   3   4   5   6   7   8

Похожие:

Наталья Бурханова Теплотехника Основные виды ресурсов iconНаталья Бурханова Теплотехника Основные виды ресурсов
Основные составляющие жидкого топлива Топливо – источник получения энергии; горючее вещество, вырабатывающее при сгорании значительное...
Наталья Бурханова Теплотехника Основные виды ресурсов iconНаталья Бурханова Шпаргалки Информативные ответы на все вопросы курса «Теплотехника» в соответствии с Государственным образовательным стандартом
Топливо – источник получения энергии; горючее вещество, вырабатывающее при сгорании значительное количество теплоты
Наталья Бурханова Теплотехника Основные виды ресурсов iconНаталья Бурханова Экономическая география
...
Наталья Бурханова Теплотехника Основные виды ресурсов iconНаталья Бурханова Экономическая география
...
Наталья Бурханова Теплотехника Основные виды ресурсов iconФакторы производства. Ограниченность ресурсов 3 Виды и формы собственности и ее роль в рыночной экономике 9
...
Наталья Бурханова Теплотехника Основные виды ресурсов iconВведение: основные виды и особенности волокнистых полимерных композитов
Армирующие волокна и армирующие волокнистые наполнители Глава Основные виды и структура армирующих органических волокон из линейных...
Наталья Бурханова Теплотехника Основные виды ресурсов iconКонспект лекций Наталья Бурханова
Конспект лекций соответствует требованиям Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования
Наталья Бурханова Теплотехника Основные виды ресурсов iconКонспект лекций Наталья Бурханова
Конспект лекций соответствует требованиям Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования
Наталья Бурханова Теплотехника Основные виды ресурсов iconЛабораторная работа №0 Изучение параметров информационных ресурсов Цель работы: изучить основные понятия и определения параметров информационных ресурсов

Наталья Бурханова Теплотехника Основные виды ресурсов icon3. общий кооперативный интерес!!!
Виды (Родес степень внутренней интеграции, число участников и распределение ресурсов)
Разместите кнопку на своём сайте:
txt.rushkolnik.ru



База данных защищена авторским правом ©txt.rushkolnik.ru 2012
обратиться к администрации
txt.rushkolnik.ru
Главная страница