Курсовая работа: Проверочный тепловой расчет котлоагрегата типа КЕ-4-14 на твердом топливе

Слабоспекающийся

СС

25–37

Отощенный спекающийся

ОС

14–22

Тощий

Т

8–17

Топливо, расходуемое на сжигание в топках котлов или печей, называется рабочим топливом. Если мы отберем пробу рабочего топлива и исследуем ее в химической лаборатории, определив элементарный состав, то получим следующее равенство:

W^P +A^P +S^P +C^P +H^P +N^P +O^P =100%,

где индексом «P » отмечается рабочее топливо.

Эта характеристика рабочего состава топлива дается в процентах к весу. Указанные элементы не являются механической смесью, они находятся в топливе в виде сложных соединений. Горючими элементами топлива являются C^P , H^P и S^P – углерод, водород и летучая горючая сера – в отличие от серы негорючей, входящей в состав минеральных негорючих примесей топлива, образующих после его сжигания золу A^P . Чем больше процентное содержание горючих элементов в топливе, тем выше его теплотворная способность – величина, указывающая количество больших калорий, выделяемых при сжигании 1 кг топлива.

O^P – кислород, находящийся в топливе; тепла, как известно, не выделяет.

N^P – азот, находящийся в топливе; элемент инертный, не участвующий в реакциях горения. Из топлива азот попадает в отходящие газы и примешивается к азоту воздуха, подаваемого для горения. Азот и кислород называются внутренним балластом топлива в отличие от балласта внешнего, к которому относятся зола и влага.

Зола A^P – это негорючая минеральная часть топлива; в нее входят по преимуществу соли щелочных и щелочноземельных металлов, окислы кремния, железа, алюминия и пр., а также и минеральная сульфатная сера в соединениях CaSO₄ и MgSO₄ . Накопление золы в ископаемом топливе происходит не сразу, а в три периода. Сначала появляется так называемая зола внутренняя (первичная), находившаяся в растениях, послуживших материалом для образования торфяников, а впоследствии и угольных пластов. Затем количество золы в топливе увеличивается за счет заноса земли и песка ветром и водой (вторичная зола). И, наконец, зола в топливо попадает при его добыче от загрязнения породой (третичная зола).

Сера S встречается в трех видах: органическая и колчеданная, или летучая горючая сера, а также сульфатная негорючая сера. Летучая сера дает 10 МДж теплоты.

Общая сера, находящаяся в топливе, разбивается на две части – горючую и негорючую. Минеральная сера входит в состав золы, а летучая в свою очередь может быть расчленена на две составляющие:

= , где

–органическая сера, входящая в состав основного ядра топлива, его материнского вещества;

–сера колчеданная, находящаяся в соединении с железом (FeS₂ –серный колчедан), вкрапленная в топлива до известной степени случайно и в значительной степени поддающаяся отбору при сортировке топлива. Сера в топливе, невзирая на то, что часть ее сгорает, считается примесью нежелательной, так как продукты ее сгорания вредно действуют на котельную установку и загрязняют окружающий воздух.

Влага в топливе W^P – также примесь балластная, ее наличие особенно сильно сказывается в смысле снижения теплового эффекта горения, так как мало того, что вода своим присутствием уменьшает долю горючих элементов в единице веса топлива, она при горении топлива испаряется, отнимая на это часть тепла реакции. Находящаяся в топливе влага подразделяется на внешнюю и гигроскопическую. Оставшаяся часть влаги – гигроскопическая – удаляется из пробы топлива лабораторным путем.

Количество теплоты, выделяемое при полном сгорании единицы топлива, называется его теплотворностью, или теплотой сгорания и измеряется в кДж/кг или кДж/м³ . Теплота сгорания – основной параметр органического топлива, характеризующий его энергетическую ценность. Различают высшую и низшую теплоту сгорания. За высшую теплотворность принимают количество теплоты, выделенное 1 кг (или 1 м³ ) рабочего топлива, причем, считают, что водяные пары, образующиеся от сгорания водорода и испарения влаги топлива, конденсируются. Низшей теплотой сгорания топлива называют количество теплоты, выделенное 1 кг (или 1 м³ ) рабочего топлива, без учета конденсации водяных паров.

В реальных условиях водяные пары уходят в атмосферу, не сконденсировавшись, и поэтому для расчетов используют низшую теплоту сгорания топлива. Теплота меньше на теплоту парообразования водяных паров (2460 кДж/кг). Удельная теплота сгорания твердого и жидкого топлива определяется сжиганием 1 г топлива в калориметрической бомбе, заполненной кислородом, которая помещается в сосуд (калориметр) с водой, а приращение температуры воды измеряется метастатическим термометром. Удельная теплота сгорания газообразного топлива определяется в калориметре путем сжигания исследуемого газа в воздушной среде. Расход газа измеряется счетчиком, а выделившаяся при этом теплота передается потоку проточной воды, расход которой определяется взвешиванием, а приращение температуры – термометрами.

Для обеспечения полного сгорания топлива в топочное устройство подводят воздуха больше, чем теоретически необходимо. Отношение действительно поступившего количества воздуха V _д к теоретически необходимому V _о , называется коэффициентом избытка воздуха α_т . Топки паровых и водогрейных котлов, как правило, работают с разрежением 2…3 мм вод. ст., в связи с чем происходит подсос воздуха и в топку и во все элементы котельной установки по ходу газового тракта, вплоть до дымососа. Присосы воздуха для каждого элемента котла и ориентировочно могут быть приняты:

• 0,05 – для первого конвективного пучка (газохода), фестона (с камерой догорания), пароперегревателя, воздухоподогревателя;

• 0,1 – для второго конвективного пучка (газохода), конвективной шахты, чугунного и стального экономайзера с обшивкой;

• 0,15…0,2 – для чугунного экономайзера без обшивки.

Поэтому коэффициент избытка воздуха в уходящих топочных газах – α_ух больше чем в топке, на суммарное значение присосов воздуха Σ∆α и составляет: α_ух = α_т + Σ∆α.