Конспект лекцій м. Суми 2012 міністерство аграрної політики та продовольства україни



Сторінка1/5
Дата конвертації05.03.2017
Розмір1.13 Mb.
  1   2   3   4   5


МІНІСТЕРСТВО АГРАРНОЇ ПОЛІТИКИ ТА ПРОДОВОЛЬСТВА УКРАЇНИ

СУМСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ


ТЕПЛОЕНЕРГЕТИЧНІ УСТАНОВКИ І СИСТЕМИ
Конспект лекцій


м. Суми 2012

МІНІСТЕРСТВО АГРАРНОЇ ПОЛІТИКИ ТА ПРОДОВОЛЬСТВА УКРАЇНИ

СУМСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Кафедра енергетики в АПК



ТЕПЛОЕНЕРГЕТИЧНІ УСТАНОВКИ І СИСТЕМИ

Конспект лекцій

для студентів 4 курсу

напряму підготовки 6.100101 «Енергетика та електротехнічні

системи в АПК» денної і заочної форми навчання

м. Суми 2012

УДК 631.37 : 658.264 (073)




Укладачі: кандидат технічних наук, доцент кафедри «Енергетики в АПК» Сіренко В.Ф.; асистент кафедри «Енергетики в АПК» - Чепіжний А.В.

Теплоенергетичні установки і системи. Конспект лекцій для студентів 4 курсу

напряму підготовки 6.100101 «Енергетика та електротехнічні системи в АПК». – Суми, 2012. - 72 с., табл. 8. - Бібл. 8.

В конспекті лекцій представлені теоретичні і практичні відомості з використання джерел теплової енергії; використання газового середовища як робочого тіла, так і палива; проектування і експлуатації систем теплогенерування

необхідні для засвоєння дисципліни: «Теплоенергетичні установки і системи » і підготовки до виконання курсового проекту із розробки теплосилового обладнання для студентів напряму підготовки: 6.100101 “ Енергетика та електротехнічні системи в агропромисловому комплексі ”.

Рецензенти: Зав. кафедри «Експлуатації техніки» СНАУ, к.т.н., доцент

Саржанов О.А.

Зав. кафедри «Охорони праці» СНАУ, к.т.н., доцент

Шандиба О.Б.

Відповідальний за випуск: Сіренко В.Ф

Друкується за рішенням вченої ради ННІТІ СНАУ

(протокол №9 від «22»травня 2012 р.)


© Сумський національний аграрний університет, 2012 р.

ЗМІСТ

Лекція 1. Вступ. Джерела теплової енергії……………………………………….…4

Лекція 2. Паливо…………………………………………………………………………7

Лекція 3. Основи теорії горіння органічного палива……………………………..…16

Лекція 4. Горіння газоподібного палива………………………………………….. 24

Лекція 5. Котельні установки. Тепловий та ексергетичний баланси котельного агрегата…………………………………………………………………………..……28

Лекція 6. Топкове обладнання. Парові та водогрійні котли………………34

Лекція 7. Допоміжне обладнання котельної установки…………………………48

Лекція 8. Водне господарство та водний режим котлів…………………………..53

Лекція 9. Зовнішнє обладнання котлоагрегатів……………………………………58

Лекція 1. Вступ. Джерела теплової енергії.

План

1.Загальні відомості.

2. Джерела теплової енергії.

3. Енергетичні ресурси


ВСТУП
Теплова енергія є одним з основних видів енергії, що споживає людство. Вона забезпечує роботу і розвиток про­мислового та сільськогосподарського виробництва, створює сприятливі умови для життя та діяльності населення.

Провідною є роль теплової енергії також у загальному енергетичному балансі сільських районів (близько 80%). Основні споживачі теплоти — це тваринницькі комплекси та теплиці. Величезна кількість її витрачається на опален­ня та вентиляцію приміщень, створення мікроклімату в схо­вищах, на сушіння і переробку сільськогосподарської про­дукції та на інші цілі.

Система теплопостачання сільського господарства має характерні особливості; їй притаманні відокремленість та різноманітність споживачів теплоти, нерівномірний ха­рактер теплових навантажень. Тому в одних сферах сільськогосподарського виробництва та побуту передбачається децентралізоване, а в інших — централізоване теплопоста­чання.

Ефективне вирішення проблеми енергозабезпечення сіль­ського господарства можливе лише за умови врахування усіх особливостей теплоспоживання, а також сучасних до­сягнень в галузі енергозберігаючих технологій сільськогос­подарського виробництва. Одним з ефективних шляхів еко­номії в сільському господарстві дефіцитного органічного палива є використання відновлюваних та вторинних енергетичних ресурсів.

Можна з упевненістю прогнозувати збільшення попиту на установки та пристрої, що використовують нетрадиційні відновлювані джерела енергії. Зазначимо, що нині в краї­нах Європи, США та інших кількість вітроустановок, соняч­них колекторів, фотоелектричних і теплонасосних установок, геотермальних та біоенергетичних систем досить ве­лика і постійно зростає.

Україна має також величезні ресурси відновлюваних джерел енергії. Тому їх використання є однією з найакту­альніших проблем. Зокрема, для фермерських господарств енергетичні установки на базі нетрадиційних відновлюва­них джерел — це не тільки шлях до економії вуглеводнево­го палива, електроенергії, але й можливість розвиватись в районах, віддалених від джерел централізованого енергопостачання. Відновлювані джерела енергії екологічно чис­ті, сприяють зменшенню забруднення навколишнього се­редовища.

У вирішенні питань теплопостачання велика роль нале­жить газифікації сільської місцевості. А газифікація сіл, що постраждали внаслідок аварії на ЧАЕС, дозволяє зменши­ти використання місцевого органічного палива (дрова, торф) і тим самим зменшити забруднення радіонуклідами помешкань та присадибних ділянок.

Сьогодні в сільському господарстві використовується різноманітне теплоенергетичне обладнання, оснащене су­часними системами регулювання та автоматичного керу­вання. У багатьох господарствах експлуатуються котли середньої та великої потужності, розгалужені мережі тепло­постачання. Постійно також зростають потужності теплогенеруючих установок, підвищуються вимоги щодо економії паливно-енергетичних ресурсів та охорони навколишнього середовища. У зв'язку з цим значно зростає роль інженерів-енергетиків.


1. Загальні відомості
Енергетика є важливою частиною сучасного виробни­цтва. Вона включає в себе одержання, переробку, перетво­рення, транспортування і використання енергоресурсів і енергоносіїв усіх видів.

У загальному випадку розрізняють такі основні стадії трансформації первинних енергетичних ресурсів: добуван­ня, видобуток або пряме використання первинних природ­них ресурсів енергії (відновлюваних або невідновлюваних); переробка первинних ресурсів; транспортування первин­них ресурсів або перетворених видів енергії; перетворення енергії ресурсів на електричну або теплову; використання енергії.

Розвиток енергетики впливає на різні компоненти при­родного середовища: атмосферу (споживання кисню, викид газів, пари, надлишку теплоти і твердих часток); гідро­сферу (споживання води, забруднення рік та озер тощо) і літосферу (споживання викопного палива, зміни ландшаф­ту та водного балансу, викиди на поверхню землі токсич­них речовин тощо). Тому досить актуальною є проблема взаємовпливу енергетики і довкілля. Ця проблема охоплює три аспекти: енергетику як об'єкт, що впливає на навколиш­нє середовище; оточуюче середовище як об'єкт, що визначає можливості розвитку економіки; взаємодію цих двох об'­єктів.

Системи теплопостачання — це комплекси пристроїв, що продукують теплову енергію і доставляють її (у вигляді пари, гарячої води або підігрітого повітря) спо­живачеві. Елементом системи є теплогенеруючий пристрій.

Теплогенеруючим пристроєм називають су­купність пристроїв та механізмів для виробництва теплової енергії у вигляді водяної пари, гарячої води або підігріто­го повітря.

2. Джерела теплової енергії
Джерело енергії, в тому числі і теплової,— це речовина, енергетичний потенціал якої достатній для пере­творення в інші види з метою наступного ефективного та доцільного використання. Енергетичним потенціалом ре­човини називається параметр, що дозволяє оцінити принципіальну можливість і доцільність її використання як дже­рела енергії. Енергетичний потенціал виражається у джо­улях (Дж) або кіловат-годинах (кВт(тепл.)*год).

1 кВт(тепл.)*год=3600 кДж.

Джерела енергії поділяють на первинні та вторинні. До первинних відносять джерела, що є результатом при­родних процесів. їх енергетичний потенціал не залежить від діяльності людини. Первинними джерелами енергії є: ви­копні горючі речовини, ядерне паливо, термальні води, сон­це, вітер, ріки, океани тощо.

Вторинними джерелами енергії є побічні продукти ді­яльності людини: гарячі відходи промислових підприємств і теплових станцій у вигляді газів, пари та води; скидна теплота компресорних станцій магістральних газопроводів у вигляді газів, пари і води; нагріті вентиляційні викиди; відходи сільськогосподарського виробництва тощо.

Первинні джерела енергії поділяють на невідновлювані та відновлювані. До невідновлюваних первинних джерел енергії відносять викопні горючі речовини, уран та торій. Відновлювані первинні джерела енергії є продуктами діяльності і процесів на Землі: вітер, водні ресурси, океан, гідро- та петротермальні джерела, рослинні продукти біоло­гічної діяльності на Землі (деревина та інші рослинні речовини на Землі, у морях, океанах), а також енергія Сонця. Якщо буде вирішене питання практичного використання термоядерної енергії синтезу речовин, людство буде мати невичерпне первинне джерело енергії.


3. Енергетичні ресурси
За ступенем розвіданості енергетичні ресурси поділяють на три категорії — А, В, С. Записи категорії А добре роз­відані та підготовлені до видобутку; категорії В — геологіч­но обґрунтовані та відносно добре розвідані; категорії С — передбачувані запаси, встановлені за геологічними прогно­зами та географічними даними.

Крім цього, користуються також поняттям загальногеологічних прогнозованих запасів, що визначають на основі геологічних розрахунків і використовують для оцінки наяв­них ресурсів на далеку перспективу.

Нині понад усе використовують ресурси органічних па­лив (до 90 % всіх використовуваних енергетичних ресурсів).

Найбільші енергетичні ресурси органічного палива зо­середжені у вугіллі. Прогнозовані геологічні ресурси кам'яного та бурого вугілля у світі становлять 6000—15000 млрд. тонн умовного палива (це єдиний еквівалент всіх видів палива за теп­лотою згоряння). Розрахункова теплота згоряння умовного палива дорів­нює 29,308 МДж/кг., що відповідає 175700—460550 ЕДж (1 ЕДж = 18*1018 Дж). Розвідані запаси вугілля дорівнюють 600—680 млрд. т у. п., тобто 5—10 % їх загальногеологічних запасів. Майже 90 % розвіданих запасів вугілля зосе­реджені у країнах СНД, США та КНР. Великі запаси ви­сокоякісного вугілля є в Україні.

Геологічні ресурси нафти у світі складають 280— 515 млрд. т у. п., або 8380—15100 ЕДж, тобто у 20—30 рази менше, ніж вугілля. З цією кількості розвідані запаси дорівнюють 130—131 млрд. т у. п. При добуванні нафти ступінь видобутку її з пласта звичайно не перевищує 40 % .запасів родовища. До запасів нафти відносять бітулюзні піски та нафтоносні сланці. їх запаси у 2—3 рази більші під ресурсів традиційної нафти.

Останнім часом перспективні глибоководні морські та арктичні родовища нафти. їх запаси становлять 230 млрд. т.

Ресурси природного разу на Землі оцінюються у 180— 315 млрд. то що відповідає 5200—9200 ЕДж. Розвідані запаси складають 40—55% загальногеологічних ре­сурсів. Вони розподілені таким чином: у країнах СНД —10%, Близького Сходу — 25 %, Північної Америки — 10 %,

Ресурси урану U=235, що економічно доцільно використовувати для потреб енергетики, у світі оцінюються у 155 млрд. т у. п., тобто 4540 ЕДж. З них розвіданих ресур­сів — 66 млрд. т у. п., що відповідає 3 млн. т урану.

Для відновлюваних енергетичних ресурсів енергетичний потенціал звичайно приймають рівним строку їх використання у 100 років. Загальні геологічні ресурси гідроенергії річок дорівнюють 3,5—4,0 млрд. т у. т./рік, або 102— 117 ЕДж/рік. Розвідані ресурси енергії річок оцінюються у 1,23 млрд. т у. п./рік.

Біопаливо — органічні матеріали, такі як деревина, відходи та спирти, які використовуються для виробництва енергії. Це — поновлюване джерело енергії, на відміну від інших природних ресурсів, таких як нафта, вугілля й ядерне паливо. Офіційне визначення біопалива — будь-яке паливо, яке містить (за об'ємом) не менш ніж 80% матеріалів, отриманих від живих організмів, зібраних у межах десяти років перед виробництвом. Біопаливо оцінюється у 2*4*І012 т. Крім того, в океанах щорічно утворюється 0,06*106 т рослин­ної маси.

Енергетичні ресурси сонячної енергії становлять близь­ко 2,4 млн. ЕДж/рік. Енергетичний потенціал вітру оцінюється у 6,1 ЕДж/рік, а хвиль океанів — у 95 ЕДж/рік.

Геотермальні енергетичні ресурси - природне тепло Землі, акумульоване в перших десятьох кілометрах Земної кори, за оцінкою МРЕК-ХІ досягає 137 трлн. т у.п., що в 10 разів перевищує геологічні ресурси усіх видів палива разом узятих. З усіх видів геотермальної енергії мають найкращі економічні показники гідрогеотермальні ресурси – термальні води, пароводяні суміші і природна пара.

Лекція 2. Паливо

План

1. Загальні відомості.

2. Склад і характеристика палива.

3.Тверде паливо.

4. Рідке паливо

5. Газоподібне паливо.


1. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ
Основним джерелом енергії, що використовується лю­диною, є паливо. Паливом називають горючу речовину, яку спалюють для одержання необхідної кількості теплоти.

За агрегатним станом паливо поділяють на тверде, рід­ке та газоподібне. Воно може бути органічним і ядерним, а за походженням — природним та штучним.

В органічному паливі теплота виділяється у результаті реакцій сполучення горючих складових із окислювачем — киснем повітря. В ядерному паливі — при реакціях розпаду атомних ядер деяких ізотопів важких елементів (урануU235 та U233 плутонію Pu239).

Органічне паливо — горюче, ядерне — розщеплюється.

Органічне паливо поділяють на викопне природне та штучне. Викопне природне паливо є продуктом біологічних та хімічних перетворень речовини рослин та мікроорганіз­мів, що існували мільйони років тому. Воно нагромаджене у надрах Землі.

Штучне органічне паливо створене людиною шляхом відповідної переробки природних сполук. Штучне паливо поділяють на композиційне і синтетичне. Композиційне па­ливо являє собою механічну суміш горючих (наприклад, пропан-бутан). Синтетичне паливо — це продукт термохі­мічної переробки горючих речовин, у результаті якої вони набувають нових властивостей, що задовольняють споживача більшою мірою. До синтетичного палива відносять: про­дукти переробки нафти; рідке паливо, що одержують з ву­гілля; етанол з рослинності тощо.

Для теплопостачання сільського господарства в основ­ному використовують природне органічне паливо.

Поняття «паливо» є категорія не тільки технічна, а й економічна та екологічна, оскільки у кожному конкретному випадку його використання має бути ефективним. До того ж, мри спалюванні палива необхідно створити умови для-якомога меншого забруднення навколишнього середовища.

Класифікація основних видів палива за його походжен­ням та агрегатним станом наведена у табл. 2.1.

2.1. Класифікація палива

Агрегатний

стан палива



Походження палива

природне

штучне

Тверде


Викопне (торф, буре та кам'яне вугілля, ан­трацит, горючі сланці), дрова, відходи с/г виробництва

Кокс, напівкокс, торфові та кам'яновугільні брикети, де­ревне вугілля

Рідке


Нафта

Топкові мазути, паливо пінко­ве побутове, дизельне, соляро­ве масло, бензин тощо. Продукти переробки твердого палива. Синтетичне паливо

Газоподібне

Природний та попут­ний газ


Гази генераторний, доменний, коксовий та ін. Пропан-бутанова суміш. Біогаз

Кокс — тверда, міцна пориста маса, продукт коксування або крекінгу природного палива або продуктів його переробки при т-рах 950—1100°С без доступу повітря. Застосовують переважно як паливо й відновник у металургійній промисловості. В залежності від виду сировини розрізняють кокс: кам'яновугільний, електродний пековий, нафтовий.

Мазут - рідкий продукт темно-коричневого кольору, суміш вуглеводнів (з молекулярною масою від 400 до 1 000 грам/моль), нафтових смол (з молекулярною масою 500-3 000 і більш грам/міль), асфальтенів, карбенів, карбоїдів і органічних металомістких сполук (V, Ni, Fe, Mg, Na, Ca). Фізико-хімічні властивості мазуту залежать від хімічного складу початкової нафти і ступеня відгону фракцій дистилятів і характеризуються такими даними :

в'язкість 8—80 мм·г/с3 (при 100 °C), Густина 0,89—1 г/смс3 (при 20 °C), температура застигання 10—40°с, вміст сірки 0,5—3,5 %, золи до 0,3 %, нижча теплота згорання 39,4-40,7 Мдж/моль. Вихід мазуту складає близько 50 % маси з розрахунку на початкову нафту.

Мазут застосовується як паливо для парових котлів, котельних установ (котельне паливо) і промислових печей (наприклад, мартенів).

Антрацит - твердий, високої щільності, блискучий різновид вугілля, що містить більш 90 % вуглецю і має низький відсоток домішок. Горить без полум'я, диму і запаху. Високоякісне енергетичне паливо.

Найбільш метаморфізований різновид вугілля кам'яного, що має високу теплотворну здатність. Злам раковистий, зрідка зернистий. Колір чорний або сіруватий, Блиск металічний. Густина 1500—1700 кг/м³, твердість 2—2,5; теплотворна здатність 33…35 МДж/кг — 8000—8600 ккал. Антрацит не спікається і дає порошок.

Хімічні властивості антрациту: вуглецю 92—97%, водню 2—3%, кисню 2—3%, азоту — 1%, фосфору—0,01%, вологи 2—4% , золи 3—9% , летких речовин 2—8%, сірки 1—3%. Під мікроскопом антрацит в тонких шліфах непрозорий, рослинні залишки невиразні.

Газ генераторний — вид газоподібного палива, що його одержують у газогенераторах газифікацією вугілля, торфу тощо. Склад газу залежить від природи палива, типу окисника, температури процесу та його технологічного оформлення
2. Склад і характеристика палива
Органічне паливо складається із горючих елементів — водню (Н), вуглецю (С), сірки (S) та негорючих елемен­тні— кисню(О) та азоту (N). Сірку, що міститься у пали­ві, поділяють на горючу, так звану летку сірку SЛ, та него­рючу SH. Горюча сірка складається із органічних S та колчеданних SK сполук: SЛ = S+Sк. Крім того, до складу палива входять волога W та зола А.

Вміст елементів визначають у процентах за масою.

Розрізняють робочу, суху, горючу та органічну маси ор­ганічного палива. Кожній складовій маси палива присвою­ються відповідний надбудовний індекс.

Робоча маса:



Cp + Hp + Sp + Op + Np + Ap + Wp = 100%. (2.1)

Склад палива, висушеного при ^=105—110 °С , визначає його суху масу:

Сс + Нс + Sлс + 0е + Nc + Ас = 100 %. (2.2)

Склад палива як горючого матеріалу визначається скла­дом його горючої маси:

Сг + Hг + Ог + Nг + Sг= 100%. (2.3)

Власне горючими у цій масі є вуглець, водень та сірка. Органічна маса:

C° + H° + S° + 0° + N° = 100 %. (2.4)

Сірка органічної маси не містить колчеданної складової.

Приведення елементного складу палива від сухої маси до іншої провадиться за допомогою коефіцієнтів, що ґрунтуються на відповідних пропорціях.

Газоподібне паливо являє собою суміш різних горючих (CO, Н2, СН4, С) і негорючих (02, N2, C02) газів і невеликої кількості водяної пари. Баластом у сухому природно­му газі є азот та діоксид вуглецю.

Склад газоподібного палива задається у відсотках до об'єму і всі розрахунки відносять до кубічного метра сухо­го газу за нормальних умов: тиску 101,3 кПа (760 мм рт. ст.) і температури 0°С. Вміст домішок (водяних парів, смоли, пилу) виражають у г/м3 сухого газу.

Основним елементом горючої маси твердого і рідкого палива є вуглець. Із збільшенням віку твердого палива вміст вуглецю збільшується (від 40 % у деревині та до 93%—в антрациті). У робочій масі нафти та нафтопро­дуктів вміст вуглецю коливається у межах Ср = 84...87%. За повного згоряння вуглецю утворюється діоксид вуглецю С02 і виділяється 32,8 МДж теплоти на 1 кг вуглецю.

При неправильній організації процесу горіння відбува­ється неповне згоряння вуглецю, внаслідок чого утворюєть­ся оксид вуглецю СО та виділяється всього 9,2 МДж теплоти.

Водень є складовою частиною будь-якого палива. У твер­дому паливі кількість водню може досягати 6 %, у рідко­му— 11...14%. При повному згорянні 1 кг водню виділя­ється 143,64 МДж теплоти.

У твердому паливі у більшості східних районів України вміст сірки невеликий (5гор+к < 1 %); у деякому вугіллі (українському, підмосковному та ін.) вміст її зростає до 6-9%.

За вмістом сірки нафту і мазут поділяють на три класи: малосірчасті із вмістом сірки до 0,5 %, сірчасті — від 0,51 до 2% і високосірчасті — більше 3,5%. При згорянні сірки утворюється токсичний сірчастий ангідрид S02 — (у невеликих кількостях) сірчаний ангідрид S03. При повно­му згорянні сірки виділяється 10,92 МДж на 1 кг сірки. Сірчасті гази у поєднанні із водяними парами спричинюють корозію сталевих поверхонь котла. Викиди S02 і S03 з про­дуктами згоряння викликають забруднення повітряного басейну і негативно впливають на тваринний і рослинний світ та здоров'я людини.

Вміст азоту у твердих видах палива не перевищує 2 % (у вугіллі Кузнецького басейну Np =1,9%, Донецького і Підмосковного басейнів Np = 0,6 %; у горючих сланцях Np =0,1 %, у торфі — Np =1,1 %).

У генераторному газі, що одержується при газифікації твердого палива, вміст азоту може досягати 50 %. Азот є шкідливим компонентом, оскільки при спалюванні сполук, що містять азот, можуть утворюватись токсичні оксиди NO і N02. Крім того, азот є внутрішнім баластом палива.

У паливі наявна певна кількість вологи у результаті її хімічної та фізико-хімічної взаємодії з твердою масою палива. Спільну вологу у твердому паливі умовно поділяють па зовнішню і гідратну. До зовнішньої вологи відносять пологу, що потрапила до маси палива під час його видобування, зберігання і транспортування за рахунок ґрунтових вод та з атмосферного повітря. її називають вільною зовнішньою вологою. До зовнішньої відносять сорбовану пологу та вологу, що заповнює капіляри та пори маси па­ливної речовини, так звану зв'язану вологу. До гідратної пологи відносять колоїдну вологу палива і вологу, що є складовою кристалогідратів мінеральних домішок палива. Гідратна волога становить невелику частину води, що міс­титься у паливі.

Максимальна вологість Wp робочої маси палива досягне 50 % і більше. На перетворення 1 кг води, взятої при 0 "С, у пару, слід витратити 2,5 МДж. Тому вміст вологи у паливі визначає як можливість забезпечення ефективного процесу його спалювання, так і доцільність використання даного горючого матеріалу. Вологість знаходять висушуванням наважки при 105—110 °С.

Зола включає мінеральні домішки, занесені у паливо у період його утворення, а також частинки породи, що за­хоплюються при видобуванні.

Неспалювана частина палива утворює згорілі залишки, що складаються із золи та шлаку. Зола — порошкоподібний негорючий залишок, що утворюється при горінні палива. Шлак — мінеральні домішки, які при горінні палива роз­плавились або спеклися. Він має певну міцність.

Зола з температурою плавлення 1200 °С вважається низькоплавкою, понад 1500 °С — тугоплавкою. Плавкість золи залежить від її хімічного складу.

При аналізі зольність палива визначають на суху масу шляхом прогартовування при температурі 800—825 °С (для рідких видів палива — 500 °С) попередньо висушеної проби до припинення зменшення маси. Зольність робочої маси об­числюють за формулою:

100Ар = (100 —Wрс. (2.5)

Вміст золи у паливі коливається у широких межах. Зольність сухої маси палива Ас становить, %: для дереви­ни— 1, торфу—10, кузнецького вугілля—10...20, підмос­ковного бурого вугілля — З0, сланців — до 60. У рідкому паливі міститься невелика кількість мінеральних домішок (0.2...1 %).

Важливою характеристикою горючої маси палива є ви­хід летких речовин. Чим більше летких речовин, тим більше при нагріванні палива виділяється горючих газів і, от­же, простіше запалити це паливо і легше підтримувати

стійке горіння.

Вихід летких речовин Vг, у % на горючу масу, визнача­ють шляхом прогартовування 1 г палива у закритому тиглі при 850±10 °С протягом 7 хв. Для деревини і сланців Уг= 85...90%, для антрацитів Vr = 3..4 %. Для бурого вугілля та кам'яного вихід летких речовин коливається у межах 9...50 %, для торфу він дорівнює 70 %.

Теплота згоряння палива — це параметр, що характеризує його енергетичну цінність. Теплота згоряння дорівнює кількості теплоти, яка може виділятися при пов­ному згорянні 1 кг маси твердого або рідкого палива або 1 м3 газового палива за нормальних фізичних умов. Відпо­відно одиниці вимірювання теплоти згоряння — кДж/кг і кДж/м3 (або МДж/кг і МДж/м3). •

Розрізняють вищу та нижчу теплоту згоряння. Вищою теплотою згоряння Qp називають кількість теплоти, що ви­діляється при згорянні палива з урахуванням теплоти кон­денсації водяних парів, що утворюються при згорянні вод­ню Н° і випаровуванні вологи палива Wp. Якщо з QPB від­няти величину теплоти конденсації водяних парів, одер­жимо нижчу теплоту згоряння Qpн. Оскільки 1 кг водню дає при згорянні 9 кг води, а теплота конденсації 1 кг во­дяної пари дорівнює близько 2,5 МДж, то:

Qp = Qpн —0,025 (9Нр + Wp). (2.6)

Значення Нр і Wp підставляють у цю формулу в %, Qp і Qp — у МДж/кг.

У теплотехнічних розрахунках теплоту згоряння палива, МДж/кг, визначають за формулою Менделєєва:

Qp = 0,339Ср + 1.03Нр —0,109 (QpSp) — 0.025Wр. (2.7)

Нижчу теплоту згоряння сухого газоподібного палива розраховують за теплотою згоряння його компонентів, МДж/м3:



Qp = 0,127СО + 0,108Н2 + 0,234H2S + 0,358СН4 + 0,59С2Н4 +

+ 0,638С2Н6 + 0,913С3Н8 + 1,4С6Н6. (2. 8)

Для порівняння різних видів палива при визначенні енер­гетичних балансів, а також оцінки паливних енергоресурсів всі види палива по теплоті згоряння приводять до єдиного еквівалента. Таким тепловим еквівалентом служить одини­ця умовного палива (у. п.), що має теплоту згоряння 29,308 МДж/кг (7000 ккал/кг). Для перерахунку реальних палив в умовне паливо використовують тепловий еквівалент у кг у. п./кг:

Э = . (2.9)

Усереднені значення теплових еквівалентів основних видів палива дорівнюють: для вугілля — 0,72, природного газу — 1,17... 1,2, нафти—1,43, мазуту—1,3, торфу—1,4, дров — 0,25.

Для вологості, зольності і сірки, що містяться у паливі, користуються поняттям зведених характеристик. Вони дорівнюють вмісту відповідного компонента у паливі (Wp, Лр, Spл), поділеному на нижчу теплоту згоряння палива:



Wп =; Ап =; Sп =. (2.10)

Використання наведених характеристик спрощує ви­конання розрахунків, пов'язаних із певним визначенням ха­рактеристик палива.


3. ТВЕРДЕ ПАЛИВО
Тверде органічне паливо — це деревина, торф, буре ву­гілля, кам'яне вугілля і антрацит. Цінність палива як го­рючої речовини визначається його хімічним складом і ос­новними властивостями.

Дрова за геологічним віком — наймолодше органічне паливо. Вони містять понад 60 % целюлози, близько З0 % лігніну і приблизно 1 % мінеральних домішок. Для різних порід склад органічної маси дров приблизно однаковий: Сг=50 %, Нг =6 %, 0г=43 %, Nг= 1 %.

Основним баластом у дровах є волога, вміст якої у сві­жозрубаній деревині досягає 50...60%. Дрова бувають сухі з вологістю менше 25%, напівсухі з вологістю 25...35% і сирі з вологістю понад 35%. Зольність дров на робочу ма­су не перевищує 1 %. Теплота згоряння горючої маси дров становить 18,8...19,2 МДж/кг, проте при вологості З0 % во­на знижується до 13... 13,3 МДж/кг.



Торф — молоде за геологічним віком викопне паливо. Він утворюється у результаті розкладання рослинності в умовах надлишку вологи і незначного доступу повітря. Роз­різняють торф моховий, або верховий, з незначним вмістом золи (2...4 %) і лучний, або низинний, із зольністю 8... 16 %. Зустрічаються торф'яники змішаного перехідного походжен­ня, зольність яких дорівнює 7...9 %.

Вологість свіжо видобутого торфу становить приблизно 90 %. У процесі природного сушіння його вологість знижу­ється до 40 % .

Органічна маса торфу характеризується таким складом: Сг = 55...56 %, Нг=6 %, Ог = 35...40 %, Nг=0,5...З %, Sr= 0,12...1,5 %. Нижча теплота згоряння горючої маси торфу становить близько 12,6 МДж/кг.

У шарових топках спалюють кусковий торф, що форму­ється у процесі видобування у вигляді цеглин із наступним їх сушінням. Найбільше застосовують в енергетиці фре­зерний торф, що одержують у вигляді дрібняку. Такий торф використовують у топках камерного типу.



Сланці складаються із вапняків, що просякнуті продук­тами розкладу рослин і тваринних організмів без доступу повітря. Вони відрізняються високим вмістом золи (50... 60 %) і вологи (15...25 %). У горючій частині сланців ви­сокий вміст кисню (до 10 %) і великий вихід летких речо­вин (до 90 %), тому вони легко займаються. Значна золь­ність різко знижує теплову цінність сланців; їх теплота зго­ряння коливається у межах 5,8...10,8 МДж/кг. У сільському господарстві сланці, як і торф, використовують як місцеве котельне паливо.

Буре вугілля — паливо рослинного походження старі­шого розкладання, ніж торф. Воно має високу золь­ність (15...30 %) і вологість (15...З0 %), тому діапазон значення його теплоти згоряння великий — 6,3...18,9 МДж/кг. За вологістю його поділяють на три групи: групу Б1 із вміс­том вологи понад 40 %, групу Б2 із вмістом вологи З0...40 % і групу БЗ із вмістом вологи до З0 %. Склад горючої маси бурого вугілля дуже неоднорідний: Сг = 65...78 %, Нг=4,3... 6,2 %, Ог=16...17 %, Nг=0,7...1,8 %, Sr = 0,4...3,9 %. Вихід летких речовин на горючу масу становить З0...60 %.

Буре вугілля має схильність до самозаймання. Тому його рекомендується вкладати у штабелі висотою до 2,5 м і зберігати не більше місяця.



Кам'яне вугілля утворювалось у результаті повільного розкладу деревовидних рослин без доступу повітря протя­гом мільйонів років. Це основний вид твердого палива в енергетиці. За складом органічної маси кам'яне вугілля не­однорідне: Сг=78...90%, Нг=4,0...5,8 %, Оr=3....15 %, Nг=0,5...2,0 %, Sr= 1...6 %. Зольність кам'яного вугілля на робочу масу становить 10...25 %, вологість 5... 12 %, вихід летких речовин 9...50 %. Нижча теплота згоряння робочої маси коливається від 20,7 до 31,4 МДж/кг.

Кам'яне вугілля поділяють на марки, які розрізняють за виходом летких речовин і характером леткого залишку (табл. 2.2).


  1   2   3   4   5


База даних захищена авторським правом ©lecture.in.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка