ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 26.10.2023
Просмотров: 176
Скачиваний: 8
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Важнейшей характеристикой всех топлив является теплота сгорания. Для твердых и жидких топлив эта величина представляет собой количество теплоты, выделяющейся при полном сгорании 1 кг топлива, а для газообразных – 1 нм3 сухого газообразного топлива при нормальных физических условиях. Различают высшую и низшую теплоты сгорания.
Высшую теплоту сгорания определяют при условии, что вода в продуктах сгорания находится в сконденсированном, то есть в капельно-жидком виде. Если при определении теплоты, выделяющейся при сгорании, температура продуктов сгорания превышает температуру конденсации паров воды, то найденная величина не включает теплоту парообразования воды и ее называют низшей теплотой сгорания.
Соотношение между измеренными в МДж/кг высшей и низшей теплотами сгорания твердых и жидких топлив выглядит так:
,
( 16.5)
где и – процентное содержание водорода и влаги в рабочей массе топлива.
Как правило, при расчетах используют значения и , найденные экспериментально с помощью специальных приборов – калориметров. Для приближенного определения теплоты сгорания расчетным путем существует ряд эмпирических формул. Для твердых и жидких топлив наиболее точные результаты дают формулы, предложенные Д. И. Менделеевым:
.
(16.6)
.
(16.7)
В приведенных формулах значение теплоты сгорания получаются в МДж/кг, а , , , , – процентное содержание соответствующих элементов и влаги в рабочей массе топлива.
Низшая теплота сгорания сухого горючего газа в нормальных условиях рассчитывается через теплоты сгорания составляющих его компонентов. При определении в МДж/нм3 расчет ведется по формуле
, (16.8)
где CH4 , C2H6 , и так далее – объемное содержание в процентах соответствующих составляющих в горючем газе.
Каждое топливо имеет свою величину теплоты сгорания, что вызывает трудности при планировании, учете и сравнении различных видов топлив.
Для устранения этих затруднений введено понятие условного топлива.
В качестве условного выбрано топливо, низшая теплота сгорания которого составляет 29,3 МДж/кг.
Для пересчета расхода твердых и жидких топлив в эквивалентный расход условного топлива используется калорийный эквивалент Эк:
,
( 16.9)
где – низшая теплота сгорания рассматриваемого топлива в МДж/кг.
Калорийный коэффициент показывает, скольким килограммам условного топлива соответствует один килограмм рассматриваемого твердого или жидкого топлива.
При пересчете газообразного топлива в соответствующее количество условного топлива используется понятие коэффициента теплоплотности Эт:
,
(16.10)
где – низшая теплота сгорания рассматриваемого сухого газообразного топлива в МДж/м3.
Коэффициент теплоплотности показывает, какой массе условного топлива соответствует по теплоте сгорания 1 нм3 данного газообразного топлива.
Жаропроизводительность
Возможность получения высоких температур при сжигании топлива зависит от его жаропроизводительности. Жаропроизводительность – это та максимальная температура, которая теоретически может быть достигнута при полном сгорании топлива в воздухе при условии, что вся выделяемая теплота расходуется на нагрев образующихся продуктов сгорания. Жаропроизводительность тем выше, тем больше теплота сгорания и меньше количество воздуха, теоретически необходимое для полного сжигания топлива.
Выход летучих веществ и качество кокса
Из твердых топлив в металлургии используются за редким исключением каменные угли. Их важнейшими характеристиками являются количество летучих веществ и качество кокса. Летучие вещества выделяются из углей при их нагреве без доступа воздуха. Летучие вещества состоят из газообразных продуктов распада термически неустойчивых органических веществ, в основном сложных углеводородов и кислородных соединений. Остающийся после выхода летучих твердый остаток называется коксом. Для металлургии большое значение имеют угли, способные образовывать пористый, но механически прочный кокс. Такие угли называются коксующимися. Процент коксующихся углей невысок, поэтому сейчас разработаны рецептуры смесей из коксующихся и некоксующихся углей, обеспечивающие получение качественного кокса. Для металлургии важно, чтобы содержание серы в коксе было минимальным.
Характеристики мазутов
Основным видом жидкого топлива в металлургическом производстве является мазут, который получается в процессе переработки нефти. В России выпускаются мазуты шести марок, которые можно разделить на три группы. Флотский мазут (Ф5 и Ф12), топочные мазуты (М40, М100, М200, МП). Мазут марки МП – мазут для мартеновских печей. Топочные мазуты по содержанию серы подразделяются на три сорта: малосернистые ( < 0,5 %), сернистые ( = 0,5…1,0 %) и высокосернистые ( > 1,0).
Важной характеристикой мазутов является их вязкость. Чем больше цифра в марке мазута, тем он более вязок. Вообще мазуты, особенно топочные, очень вязкие жидкости. Поэтому для перекачки и распыливания форсунками их приходится подогревать до 70…140 С.
23. Определение количества воздуха, необходимого для сжигания топлива. Коэффициент избытка воздуха.
Во всех случаях сжигания топлива количество воздуха, подаваемого в зону горения, должно строго соответствовать количеству сжигаемого топлива.
В зависимости от расхода топлива определяют необходимое для горения количество воздуха. Знание расходов топлива и воздуха позволяет выбрать вид и параметры горелок, типы дутьевых вентиляторов или дымососов и т. п.
Расчет потребного количества воздуха начинают с определения его теоретически необходимого количества, которое, в свою очередь, находят, исходя из количества кислорода, теоретически необходимого для окисления горючих элементов топлива. Содержание этих горючих элементов берут из данных о составе топлива. Пересчет от потребного количества кислорода к потребному количеству воздуха производят с учетом доли кислорода в воздухе. Если воздух не обогащается специально кислородом, то считают, что в нем объемная доля кислорода = 0,21 (21 %), а массовая =0,23 (23 %). В случае применения дутья, обогащенного кислородом, эти доли оказываются больше. Применительно к печам количество потребного воздуха обычно находят в нормальных кубометрах (нм3). При этом для твердых и жидких топлив расчет обычно ведут на 1 кг рабочей массы топлива, а для газообразных топлив – на 1 нм3 их сухой части. Напомним, что состав твердых и жидких топлив задают массовыми процентами содержания компонентов
, а газообразных топлив – объемными процентами.
В основе расчета лежат материальные балансы, следующие из уравнений химических реакций окисления горючих компонентов.
Количество кислорода, потребное для сжигания 1 кг топлива, складывается из количеств кислорода, необходимых для сжигания углерода, водорода и серы, содержащихся в указанной массе топлива.
Количество кислорода, потребное для сжигания 1 кг топлива, складывается из количеств кислорода, необходимых для сжигания углерода, водорода и серы, содержащихся в указанной массе топлива.
Рассмотрим, например, сколько кислорода требуется для сжигания углерода, содержащегося в 1 кг топлива. Из (17.1) следует, что для сжигания 1 киломоля углерода требуется один киломоль кислорода. Масса 1 киломоля углерода 12 кг. Таким образом, для окисления 1 кг углерода требуется 1/12 киломоля О2. В 1 кг топлива содержится кг углерода. Чтобы окислить такое количество углерода требуется киломолей О2.
При сжигании топлива в печах действительно подаваемый в топку объем воздуха чаще всего отличается от теоретически необходимого. Это различие оценивается коэффициентом избытка воздуха :
. (17.14)
Топливовоздушная смесь называется стехиометрической, когда , то есть когда .
Если стремятся обеспечить полное сжигание топлива и максимальную реализацию его теплоты сгорания, то воздуха подают несколько больше, чем теоретически необходимо, то есть . Это делается для того, чтобы компенсировать несовершенство процесса перемешивания в печах воздуха с топливом. При сжигании газообразного топлива с использованием газовых горелок = 1,02…1,05. При сжигании мазута с использованием форсунок и горелок, обеспечивающих его подачу в топку в распыленном состоянии и перемешивание с воздухом, коэффициент избытка воздуха составляет 1,03…1,2. При часть кислорода воздуха оказывается излишней, и этот кислород переходит в продукты сгорания.
Если стремятся уменьшить окисление нагреваемого в печи металла, то подают воздуха меньше, чем теоретически необходимо, то есть поддерживают . В результате из-за недостатка кислорода топливо окисляется не полностью: часть углерода окисляется не до СО2, а до СО, не сгорает часть водорода. Отсутствие при этом кислорода в продуктах сгорания предотвращает окисление находящегося в печи металла. При таком режиме работы печи необходимо устанавливать после нее устройство для дожигания оксида углерода и водорода.
24. Определение состава, количества и температуры продуктов сгорания.
Количество и состав продуктов сгорания при
При термохимическом расчете процесса сгорания твердых и жидких топлив количество продуктов сгорания, как и количество потребного воздуха, определяют в расчете на 1 кг рабочей массы топлива. В основе расчета лежат стехиометрические уравнения.
Общее количество водяного пара в продуктах сгорания складывается из трех составляющих: во-первых, это водяной пар, образующийся вследствие окисления водорода топлива, во-вторых, это влага, содержавшаяся в сгоревшем топливе, в-третьих, это влага, поступившая с воздухом.
Объем водяного пара, получающегося при окислении водорода топлива, выразим, исходя из материального баланса уравнения
За счет влаги топлива образуется объем водяного пара
где 1,24 м3/кг – удельный объем водяного пара при нормальных условиях.
Объем водяного пара в воздухе находим, предполагая, что влагосодержание воздуха равно 10 г/кг:
Суммарный парциальный объем водяного пара в продуктах сгорания 1 кг топлива составляет
Таким образом, при сжигании твердого или жидкого топлива с образуются продукты сгорания, объем которых без учета влагосодержания воздуха составляет
Высшую теплоту сгорания определяют при условии, что вода в продуктах сгорания находится в сконденсированном, то есть в капельно-жидком виде. Если при определении теплоты, выделяющейся при сгорании, температура продуктов сгорания превышает температуру конденсации паров воды, то найденная величина не включает теплоту парообразования воды и ее называют низшей теплотой сгорания.
Соотношение между измеренными в МДж/кг высшей и низшей теплотами сгорания твердых и жидких топлив выглядит так:
,
( 16.5)где и – процентное содержание водорода и влаги в рабочей массе топлива.
Как правило, при расчетах используют значения и , найденные экспериментально с помощью специальных приборов – калориметров. Для приближенного определения теплоты сгорания расчетным путем существует ряд эмпирических формул. Для твердых и жидких топлив наиболее точные результаты дают формулы, предложенные Д. И. Менделеевым:
.
(16.6).
(16.7)В приведенных формулах значение теплоты сгорания получаются в МДж/кг, а , , , , – процентное содержание соответствующих элементов и влаги в рабочей массе топлива.
Низшая теплота сгорания сухого горючего газа в нормальных условиях рассчитывается через теплоты сгорания составляющих его компонентов. При определении в МДж/нм3 расчет ведется по формуле
, (16.8)где CH4 , C2H6 , и так далее – объемное содержание в процентах соответствующих составляющих в горючем газе.
Каждое топливо имеет свою величину теплоты сгорания, что вызывает трудности при планировании, учете и сравнении различных видов топлив.
Для устранения этих затруднений введено понятие условного топлива.
В качестве условного выбрано топливо, низшая теплота сгорания которого составляет 29,3 МДж/кг.
Для пересчета расхода твердых и жидких топлив в эквивалентный расход условного топлива используется калорийный эквивалент Эк:
,
( 16.9)где – низшая теплота сгорания рассматриваемого топлива в МДж/кг.
Калорийный коэффициент показывает, скольким килограммам условного топлива соответствует один килограмм рассматриваемого твердого или жидкого топлива.
При пересчете газообразного топлива в соответствующее количество условного топлива используется понятие коэффициента теплоплотности Эт:
,
(16.10)где – низшая теплота сгорания рассматриваемого сухого газообразного топлива в МДж/м3.
Коэффициент теплоплотности показывает, какой массе условного топлива соответствует по теплоте сгорания 1 нм3 данного газообразного топлива.
Жаропроизводительность
Возможность получения высоких температур при сжигании топлива зависит от его жаропроизводительности. Жаропроизводительность – это та максимальная температура, которая теоретически может быть достигнута при полном сгорании топлива в воздухе при условии, что вся выделяемая теплота расходуется на нагрев образующихся продуктов сгорания. Жаропроизводительность тем выше, тем больше теплота сгорания и меньше количество воздуха, теоретически необходимое для полного сжигания топлива.
Выход летучих веществ и качество кокса
Из твердых топлив в металлургии используются за редким исключением каменные угли. Их важнейшими характеристиками являются количество летучих веществ и качество кокса. Летучие вещества выделяются из углей при их нагреве без доступа воздуха. Летучие вещества состоят из газообразных продуктов распада термически неустойчивых органических веществ, в основном сложных углеводородов и кислородных соединений. Остающийся после выхода летучих твердый остаток называется коксом. Для металлургии большое значение имеют угли, способные образовывать пористый, но механически прочный кокс. Такие угли называются коксующимися. Процент коксующихся углей невысок, поэтому сейчас разработаны рецептуры смесей из коксующихся и некоксующихся углей, обеспечивающие получение качественного кокса. Для металлургии важно, чтобы содержание серы в коксе было минимальным.
Характеристики мазутов
Основным видом жидкого топлива в металлургическом производстве является мазут, который получается в процессе переработки нефти. В России выпускаются мазуты шести марок, которые можно разделить на три группы. Флотский мазут (Ф5 и Ф12), топочные мазуты (М40, М100, М200, МП). Мазут марки МП – мазут для мартеновских печей. Топочные мазуты по содержанию серы подразделяются на три сорта: малосернистые ( < 0,5 %), сернистые ( = 0,5…1,0 %) и высокосернистые ( > 1,0).
Важной характеристикой мазутов является их вязкость. Чем больше цифра в марке мазута, тем он более вязок. Вообще мазуты, особенно топочные, очень вязкие жидкости. Поэтому для перекачки и распыливания форсунками их приходится подогревать до 70…140 С.
23. Определение количества воздуха, необходимого для сжигания топлива. Коэффициент избытка воздуха.
Во всех случаях сжигания топлива количество воздуха, подаваемого в зону горения, должно строго соответствовать количеству сжигаемого топлива.
В зависимости от расхода топлива определяют необходимое для горения количество воздуха. Знание расходов топлива и воздуха позволяет выбрать вид и параметры горелок, типы дутьевых вентиляторов или дымососов и т. п.
Расчет потребного количества воздуха начинают с определения его теоретически необходимого количества, которое, в свою очередь, находят, исходя из количества кислорода, теоретически необходимого для окисления горючих элементов топлива. Содержание этих горючих элементов берут из данных о составе топлива. Пересчет от потребного количества кислорода к потребному количеству воздуха производят с учетом доли кислорода в воздухе. Если воздух не обогащается специально кислородом, то считают, что в нем объемная доля кислорода = 0,21 (21 %), а массовая =0,23 (23 %). В случае применения дутья, обогащенного кислородом, эти доли оказываются больше. Применительно к печам количество потребного воздуха обычно находят в нормальных кубометрах (нм3). При этом для твердых и жидких топлив расчет обычно ведут на 1 кг рабочей массы топлива, а для газообразных топлив – на 1 нм3 их сухой части. Напомним, что состав твердых и жидких топлив задают массовыми процентами содержания компонентов
, а газообразных топлив – объемными процентами.
В основе расчета лежат материальные балансы, следующие из уравнений химических реакций окисления горючих компонентов.
Количество кислорода, потребное для сжигания 1 кг топлива, складывается из количеств кислорода, необходимых для сжигания углерода, водорода и серы, содержащихся в указанной массе топлива.
Количество кислорода, потребное для сжигания 1 кг топлива, складывается из количеств кислорода, необходимых для сжигания углерода, водорода и серы, содержащихся в указанной массе топлива.
Рассмотрим, например, сколько кислорода требуется для сжигания углерода, содержащегося в 1 кг топлива. Из (17.1) следует, что для сжигания 1 киломоля углерода требуется один киломоль кислорода. Масса 1 киломоля углерода 12 кг. Таким образом, для окисления 1 кг углерода требуется 1/12 киломоля О2. В 1 кг топлива содержится кг углерода. Чтобы окислить такое количество углерода требуется киломолей О2.
При сжигании топлива в печах действительно подаваемый в топку объем воздуха чаще всего отличается от теоретически необходимого. Это различие оценивается коэффициентом избытка воздуха :
. (17.14)
Топливовоздушная смесь называется стехиометрической, когда , то есть когда .
Если стремятся обеспечить полное сжигание топлива и максимальную реализацию его теплоты сгорания, то воздуха подают несколько больше, чем теоретически необходимо, то есть . Это делается для того, чтобы компенсировать несовершенство процесса перемешивания в печах воздуха с топливом. При сжигании газообразного топлива с использованием газовых горелок = 1,02…1,05. При сжигании мазута с использованием форсунок и горелок, обеспечивающих его подачу в топку в распыленном состоянии и перемешивание с воздухом, коэффициент избытка воздуха составляет 1,03…1,2. При часть кислорода воздуха оказывается излишней, и этот кислород переходит в продукты сгорания.
Если стремятся уменьшить окисление нагреваемого в печи металла, то подают воздуха меньше, чем теоретически необходимо, то есть поддерживают . В результате из-за недостатка кислорода топливо окисляется не полностью: часть углерода окисляется не до СО2, а до СО, не сгорает часть водорода. Отсутствие при этом кислорода в продуктах сгорания предотвращает окисление находящегося в печи металла. При таком режиме работы печи необходимо устанавливать после нее устройство для дожигания оксида углерода и водорода.
24. Определение состава, количества и температуры продуктов сгорания.
Количество и состав продуктов сгорания при
При термохимическом расчете процесса сгорания твердых и жидких топлив количество продуктов сгорания, как и количество потребного воздуха, определяют в расчете на 1 кг рабочей массы топлива. В основе расчета лежат стехиометрические уравнения.
Общее количество водяного пара в продуктах сгорания складывается из трех составляющих: во-первых, это водяной пар, образующийся вследствие окисления водорода топлива, во-вторых, это влага, содержавшаяся в сгоревшем топливе, в-третьих, это влага, поступившая с воздухом.
Объем водяного пара, получающегося при окислении водорода топлива, выразим, исходя из материального баланса уравнения
За счет влаги топлива образуется объем водяного пара
где 1,24 м3/кг – удельный объем водяного пара при нормальных условиях.
Объем водяного пара в воздухе находим, предполагая, что влагосодержание воздуха равно 10 г/кг:
Суммарный парциальный объем водяного пара в продуктах сгорания 1 кг топлива составляет
Таким образом, при сжигании твердого или жидкого топлива с образуются продукты сгорания, объем которых без учета влагосодержания воздуха составляет