Джерела енергії і генератори енергії (стр. 2 из 13)

Під час проектування і експлуатації котельних установок досить часто доводиться робити перерахунки складу палива. Склад робочого палива може значно змінюватися, бо величини A

і W коливаються в широких межах. У той самий час склад горючої маси палива більш-менш стабільний. Це дає можливість за складом горючої маси із задовільною точністю визначати склад робочого палива, не роблячи щоразу повного елементарного аналізу палива. Перерахунки роблять у випадку надходження на склади палива із змінною вологістю, якщо треба підсушити паливо, під час лабораторних аналізів тощо.

Під час перерахунків треба визначити, вмістом яких компонентів відрізняється шуканий склад від заданого, і користуватися правилом пропорцій.

Найважливішою характеристикою палива є його горюча маса. Її склад для кожного виду палива дається в таблицях, якими найчастіше користуються під час перерахунків. Якщо відомий склад горючої маси (C

, Н і т.д.), зольність А^р і вологість W робочого палива, то легко знайти елементарний склад робочого палива. Наприклад:

С

= С (8)

Користуючись коефіцієнтом перерахунку

, можна визначити решту компонентів у робочому паливі (Н , О і т.д.). Аналогічно розв'язуються й інші завдання під час перерахунку складу палива.

Теплота згоряння. Теплота згоряння (тепловидатність) паливаQкДж/кг–це теплота реакції горіння палива, тобто та кількість теплоти, яка виділяється при повному згорянні 1 кг твердого або рідкого палива і при охолодженні продуктів горіння до початкової температури процесу.

У паливі міститься три горючі компоненти – вуглець, водень і сірка. Внаслідок горіння водню і випаровування вологи палива утворюється водяна пара. Під час охолодження продуктів горіння можливі два випадки: Н₂О залишається в димових газах у вигляді водяної пари; водяна пара конденсується. Це залежить від парціального тиску пари і кінцевої температури продуктів горіння. В першому випадку буде реалізована менша кількість теплоти, а в другому – більша, бо виділиться теплота конденсації водяної пари.

Тому розрізняють нижню (меншу) і верхню теплоту згоряння палива.

Для даного палива чисельно найменшою величиною буде нижня теплота згоряння робочого палива Q

, а найбільшою – верхня теплота згоряння органічної маси Q . У розрахунковій практиці звичайно користуються величиною Q .

Залежність між верхньою і нижньою теплотою згоряння робочого палива можна визначити за формулою

Q

=Q – Q , де

Q

= rGn є теплотою конденсації тієї кількості водяної пари Gn, яка утворюється в процесі горіння. Внаслідок горіння водню, відповідно до стехіометричного співвідношення 2Н2 + O2 == 2Н2О,утворюється приблизно 9 кг водяної пари. До цього треба також додати ще кг водяної пари, що утворилася внаслідок випаровування вологи палива. Отже, G @ кг.

Вважаючи, що r округлено (з урахуванням того, що парціальний тиск водяної пари в продуктах згоряння малий) дорівнює 2500 кДж/кг, дістанемо:

Qn =rGn =25 (9H

+ W ) кДж/кг

звідси

Q

= Q – 25 (9H + W ) кДж/кг (9)

Аналогічно Q

=Q -225 Н°. Такі співвідношення легко здобути для будь-якого складу палива. Паливо можна спалювати або при постійному тиску, або при постійному об'ємі. При цьому теплота згоряння при постійному об'ємі буде трохи більша, ніж при постійному тиску. Проте для переважної більшості палив різниця цянастільки мала, що нею нехтують.

Теплота згоряння палива не залежить від температур, якідіють під час процесу, але залежить від початкової і рівної їй кінцевої температур процесу. В технічних розрахунках користуються значеннями теплоти згоряння, здобутими при температурі +20°С.

Визначити теплоту згоряння палива можна по-різному. Наближені значення теплоти згоряння можна дістати з емпіричних формул, що зв'язують теплоту згоряння палива з його елементарним складом. Найкращою формулою цього типу є формула Менделєєва:

Q

= 338С +1256H + 109 (O –S ) -25 (9H – W ) кДж/кг. (10)

Якщо відома теплота згоряння якогось складу палива (наприклад, горючої маси), то значення Q для іншого складу можна здобути перерахунком. Проте в цьому разі не можна, як і при перерахунку складу палива, обмежитися простим застосуванням правила пропорцій, а треба врахувати вплив на Q того чи іншого компонента. Наприклад, якщо відоме Q

і треба знайти Q , то перерахунок робиться за такою формулою:

Q

=Q 25W (11)

Тут зольність робочого палива враховується один раз, а волога двічі – як компонент, що знижує кількість горючих речовин у паливі, і компонент, що потребує затрати теплоти для свого випаровування.

Більш надійно теплоту згоряння палива можна визначити в калориметричній установці, схему якої показано на мал. 1.

Мал. – 1 калориметрична установка: 1-калориметрична бомба; 2-резервуар калориметра; 3 - двостінний захисний кожух з водою; 4 - мішалка; 5 - термометр; 6 - приводний механізм мішалки

Основним елементом установки є калориметрична бомба 1, в яку вміщують аналітичну пробу палива із встановленою в ній залізною дротинкою. Бомбу заповнюють киснем під тиском 25–30 бар і установлюють у посудину з водою. При вмиканні електричного струму проба палива займається від розжареної дротинки і згоряє, а теплота, що виділяється при цьому, передається воді і деталям калориметра.

За підвищенням температури води (з урахуванням теплоти, переданої деталям калориметра, і поправок) визначають найвищу теплоту згоряння аналітичної проби Q

.

Нижчу теплоту згоряння робочого палива можна знайти з результатів калориметричного визначення за формулою:

Q

=Q 25 (9Н +W ) (12)

Для оцінювання запасів палива, його питомих витрат і різних зіставлень користуються поняттям умовного палива, теплота згоряння якого становить 29,3 МДж/кг (7000 ккал/кг).

Баласт. Баластом робочого палива є сірка, зола і волога. Хоч сірка – горючий елемент, її вважають баластом, бо внаслідок її згоряння утворюються шкідливі продукти: сірчаний і (в невеликій кількості) сірчаний ангідриди. Сірчаний газ отруює атмосферу, а сірчаний ангідрид призводить до утворення сірчаної кислоти, яка роз'їдає метал елементів котлоагрегату.