Теоретическая часть. Расчеты горения топлива

ТЕПЛОТЕХНИКА

РАСЧЕТЫ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА

И ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА

(ПРОМЫШЛЕННОЙ ПЕЧИ)

Методические указания к расчетной работе

для студентов механических и технологических специальностей

Могилев 2009

УДК 621.1.016; 621.40

Рассмотрены и утверждены

на заседании кафедры теплохладотехники

Протокол № 4 от 19.12.2008 г.

Составитель:

доцент, к.т.н. Смоляк А.А.

Рецензенты:

проф., д.т.н. Хасаншин Т.С.

доц., к.т.н. Новожилова Е.С.

УДК 621.1.016; 621.40

© УО «Могилевский государственный

университет продовольствия», 2009

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Закрепление и углубление знаний о горении топлива, составе и характеристиках продуктов сгорания, тепловом балансе котельного агрегата (промышленной печи), ознакомление с методами их расчета.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Котельным агрегатом или котлом называют агрегат, предназначенный для получения водяного пара или горячей воды. Он состоит из различных теплообменных устройств с топкой, связанных между собой в единое целое, с примыкающими к ним другими устройствами и механизмами. В зависимости от вырабатываемого теплоносителя различают паровые котлы (парогенераторы) и водогрейные котлы (теплогенераторы). Котельный агрегат вместе с обслуживающими его вспомогательными механизмами и устройствами представляют собой котельную установку. Пар или горячую воду получают используя в большинстве случаев теплоту сжигаемого топлива.

Промышленные печи предназначены для тепловой обработки материалов и изделий. Основным их элементом является камера (рабочее пространство), в которой происходят необходимые процессы тепловой обработки. В пищевой промышленности встречаются топливные печи, в которых греющей средой являются горячие продукты сгорания топлива, например хлебопекарные печи.

Теплота сжигаемого топлива используется также и в топливных сушильных установках, например, при сушке костной муки, сушке зерна.

Одним из основных элементов котельного агрегата является топка. Топливные печи и сушильные установки пищевой промышленности работают при невысоких температурах в рабочей камере, ниже 800⁰С. Поэтому они также имеют топки, отделенные от рабочих камер.

В топке осуществляется сжигание топлива, в результате чего выделяется химически связанная в нем теплота. Носителем этой теплоты являются горячие газообразные продукты сгорания (дымовые газы). В котельных агрегатах теплота от этих газов передается к воде и к пару. В промышленных печах теплота от газов передается нагреваемому изделию или материалу (продукту). В топливных сушилках теплота газов расходуется на испарение влаги (воды) из высушиваемого материала(продукта) или изделия.

В низкотемпературных промышленных печах и сушилках для снижения температуры в рабочем пространстве топливо сжигается с большим коэффициентом избытка воздуха. Газы могут также разбавляться воздухом вне зоны горения, что для расчетов горения эквивалентно увеличению избытка воздуха. Это приводит к увеличению потерь теплоты с уходящими газами и снижению КПД печи. Поэтому снижение температуры в рабочем пространстве печей целесообразнее добиваться за счет внешней рециркуляции газов, при которой часть газов возвращается обратно в топку или в рабочее пространство.

В соответствии с видом сжигаемого топлива различают топки для сжигания твердого, жидкого и газообразного топлива и комбинированные.

Существуют три основных способа сжигания топлива: в слое, факеле и вихре (циклоне). В соответствии с этим топки разделяют на три больших класса: слоевые, факельные и вихревые. Факельные и вихревые топки часто объединяют в общий класс камерных топок.

В слое можно сжигать только твердое кусковое топливо. Топливо, подлежащее сжиганию, загружают на колосниковую решетку, на которой оно лежит плотным слоем. Горение происходит в струе воздуха, пронизывающего этот слой обычно снизу вверх. Для слоевого сжигания топлива под котлами большей производительности механизируют обслуживание топки и, прежде всего, подачу в нее свежего топлива. Основное распространение получили топки с забрасывателями и механические цепные решетки. В слое топливо сжигают в котельных агрегатах небольшой паропроизводительности, обычно до 20-35т/ч. Встречаются котлоагрегаты со слоевым сжиганием топлива паропроизводительностью до 75 т/ч.

В факеле можно сжигать твердое, жидкое и газообразное топливо. При этом газообразное топливо не требует какой-либо предварительной подготовки. Жидкое топливо должно быть распылено на очень мелкие капли в форсунках. Твердое топливо должно быть предварительно размолото в тонкий порошок в особых пылеприготовительных установках, основным элементом которых являются углеразмольные (пылеугольные) мельницы.

Жидкое и газообразное топливо сжигают в котлах, печах и сушилках любой производительности, пылевидное – в котельных агрегатах паропроизводительностью от 35-50т/ч и выше.

Расчеты горения топлива выполняют при проектировании, или контроле (поверочный расчет) действующих котельных агрегатов, печей и сушильных установок. При расчете горения топлива определяют:

1) Теоретический расход воздуха V⁰, необходимого для сгорания единицы количества топлива (1кг для жидкого или твердого топлива и 1м³ для газообразного) и действительный расход воздуха V_в, м³/кг или м³/м³.

2) Объём продуктов сгорания (дымовых газов) V_г, м³/кг или м³/м³.

3) Состав продуктов сгорания в процентах по объёму и парциальные давления трехатомных газов, требующиеся при расчете теплообмена (газового излучения) при заданном коэффициенте избытка воздуха.

4) Энтальпию дымовых газов при требующихся температурах и избытках воздуха Н = f(t, α) кДж/кг или кДж/м³.

5) Калориметрическую и теоретическую температуры сгорания топлива.

Исходные данные по топливу (его элементарный состав, низшая теплота сгорания, и др.) берут на основании лабораторных анализов, а если точные анализы отсутствуют, из справочных таблиц по топливу. Состав твердого и жидкого топлива задается в процентах по массе, а газообразного – в процентах по объему. Низшую теплоту сгорания топлива можно также вычислить по его составу с помощью полуэмпирических формул, приводимых в учебной и справочной литературе.

Объём воздуха, затрачиваемого на сгорание топлива, и газов, образующихся в результате горения, обычно относят условно к нормальным условиям: температура 0⁰С и атмосферное давление (101325 Па).

Расчеты горения топлива в котельных агрегатах, промышленных печах и сушильных установках одинаковы и могут отличаться лишь численными значениями некоторых параметров.

После выполнения расчетов горения топлива с использованием нормативных данных составляется тепловой баланс для определения КПД и расхода топлива при установившемся тепловом состоянии и номинальной паропроизводительности проектируемого котельного агрегата или производительности промышленной печи. Тепловой баланс представляет собой соотношение, связывающее приход и расход теплоты, т.е. он является выражением закона сохранения энергии для рассматриваемой установки.

При сжигании твердого и жидкого топлива тепловой баланс составляют либо в кДж на 1кг внесенного в топку топлива, либо в процентах. При сжигании же газообразного топлива тепловой баланс составляют либо в кДж на 1м³ газа (при нормальных условиях), введенного в топку, либо также в процентах.

Тепловой баланс промышленных печей несколько отличается от теплового баланса котельного агрегата составом потерь тепла. Кроме общих одинаковых потерь тепла он может включать дополнительные потери, специфичные для печей разного назначения. Слагаемые прихода тепла в топливных промышленных печах пищевой промышленности и в котельных агрегатах одинаковы.

Дата добавления: 2015-07-11