![]()
Главная Обратная связь Дисциплины:
Архитектура (936) ![]()
|
Топливо. Элементарный состав топлива
«Топливом называется горючее вещество, умышленно сжигаемое для получения тепла». Это определение принадлежит великому русскому ученому Д. И. Менделееву [9]. В состав топлива входят горючие и негорючие (балластные) вещества. К горючим компонентам относятся углерод, водород, их соединения (углеводороды), а также соединения с другими химическими элементами – кислородом, азотом и др. Балластом топлива являются зола и влага. Некоторые виды топлива содержат горючую (летучую) серу, которая является нежелательным компонентом, так как придает продуктам сгорания коррозионно-активные свойства. По своему происхождению топливо делится на естественное и искусственное; в зависимости от агрегатного состояния оно бывает твердым, жидким и газообразным. В табл. 3 представлена классификация топлива.
Таблица 3 Классификация топлива
В энергетическом хозяйстве наиболее распространено твердое топливо, в первую очередь – каменные и бурые угли. За последние годы в связи с широким развитием в нашей стране газовой и нефтедобывающей промышленности в энергетике широко используются природный газ и топочные мазуты, как наиболее прогрессивные и экономичные виды топлива. Кроме органических видов топлива в энергетике в настоящее время применяется ядерное горючее (атомная энергия). Состав и качество топлива определяются в лабораториях путем химического и механического анализов средней пробы партии. В практике использования топлива принято различать рабочее топливо, аналитическую пробу топлива, сухую, горючую и органические массы топлива [9]. Топливо в том виде, в котором оно добыто и доставлено в котельную установку, называют рабочим. Оно состоит из горючих элементов углерода С, водорода Н и горючей (летучей) серы При сгорании сера образует некоторое количество серного ангидрида SО3, который, соединяясь с водой и образуя серную кислоту H2SО4, вызывает интенсивную коррозию поверхностей нагрева котельного агрегата (воздухоподогревателя и водяного экономайзера). Сера может содержаться в топливе в трех следующих видах: органическая Из органической и колчеданной серы образуется так называемая горючая (летучая) сера
Сульфатная сера не горит, а в элементарном составе топлива включается в золу. Содержание серы в топливе колеблется и может достигать нескольких процентов. При полном сгорании 1 кг летучей серы выделяется около 9000 кДж тепла. Влага – нежелательная составляющая топлива, т. к. она затрудняет воспламенение, потребляя значительное количество тепла на свое испарение. Зола загрязняет поверхности нагрева котла и затрудняет передачу тепла через стенки посредством теплопроводности, а также увеличивает эксплуатационные расходы из-за необходимости периодически чистить внутреннюю поверхность котла. В связи с этим в котельных установках стремятся использовать качественные жидкие и газообразные виды топлива: мазут, природный газ, попутные газы нефтепереработки, а также отходы металлургического производства – коксовый и доменные газы [7]. Качество топлива определяют его теплотворной способностью (теплоценностью или теплотой сгорания). Теплотворной способностью топлива называется количество тепла, выделяемого при полном сгорании 1 кг твердого (жидкого) или 1 м3 газообразного топлива [9]. Различают высшую и низшую теплоту сгорания. Под высшей теплотой сгорания
Рис. 2. Схема элементарного состава топлива
Состав рабочей массы топлива выражают равенством
Символ r говорит о том, что теплотворная способность определена на рабочую массу топлива. Под аналитической пробой понимают топливо в том виде, в котором оно в лабораторию поступает для производства химического анализа. Масса этой пробы характеризуется равенством
Лишь углерод, водород и сера выделяют тепло при сгорании. Однако они, вместе взятые, составляют лишь небольшую часть горючей массы. Под горючей (безводно-беззольной) массой понимают условную (абстрактную), не существующую в действительности массу топлива, лишенного влаги, золы и сульфатной серы. Горючую массу топлива выражают в виде
Кроме горючей массы, в состав топлива входят и неорганические вещества; они образуют золу уноса. Это так называемая сухая масса, которая представляет собой массу топлива без влаги и выражается равенством
Почти не распространенное в настоящее время и также абстрактное понятие органической массы представляет собой условную массу топлива, лишенного влаги, золы и серы, которая выражается в виде
Индексы «а», «с», «r» и «о» при обозначениях элементов топлива в формулах (5) – (9) показывают, что эти элементы выражены в массовых процентах их содержания соответственно в аналитической пробе, сухой, горючей и органической массах топлива. Тепло, выделяемое в топке котла при сжигании топлива, используется не полностью, так как часть его расходуется на покрытие тепловых потерь [7]. Баланс тепла котельного агрегата, считая на 1 кг сжигаемого топлива, можно представить в виде следующего равенства:
где q1– полезно используемое тепло, получаемое в виде пара или горячей воды, ккал/кг (рис. 3); q2 – потеря тепла с уходящими из котла и выбрасываемыми в атмосферу продуктами сгорания (газами), ккал/кг (основная потеря теплоты в котле); q3 – потеря тепла из-за химической неполноты сгорания, ккал/кг; q4 – потеря тепла из-за механической неполноты сгорания (потери в провале, шлаке, уносе), ккал/кг; q5 – потеря тепла всеми элементами котельного агрегата в окружающую среду, ккал/кг; q6 – потеря с физическим теплом шлаков, ккал/кг.
Рис. 3. Потери тепла и КПД брутто однокорпусных котлов сверхкритического давления производительностью до 1000 т/ч при сжигании: а –каменного угля (пунктир – при сжигании антрацита); б – мазута в газомазутном котле
Из уравнения баланса тепла видно, что чем больше потери тепла, тем менее полезно используемое тепло q1, так как q1 = Экономичность работы котла оценивают коэффициентом полезного действия, который равен отношению количества полезно использованного тепла на 1 кг сжигаемого топлива к располагаемому теплу
КПД (
КПД бывает брутто и нетто. Коэффициентом полезного действия котла брутто ( Кроме При сжигании мазута или газа расходуется электроэнергия на работу дутьевых вентиляторов и дымососов. При сжигании твердого топлива, кроме того, приходится затратить электроэнергию еще и на его размол и на работу вентиляторов пылеприготовителей.
![]() |