Классификация топлив

СД.02 Котельные установки и парогенераторы

1. Общая характеристика и классификация топлив.

Понятие топлива объединяет вещества, выделяющие энергию, которая может быть использована технически.

Все топлива по принципу высвобождения энергии подразделяются на две большие группы:

А)ядерное топливо, выделяющее энергию в результате внутриядерных процессов

Б)органические топлива, выделяющие энергию при окислении горючих компонентов топлива

Основным способом высвобождения химической энергии топлив является их сжигание, в ходе которого протекают сложные комплексные химические реакции, сопровождаемые выделением теплоты.

Основными видами природных топлив являются:

Древесина, торф, уголь (бурый, каменный, полуантрацитовый, антрацитовый), горючий сланец, нефть, природный газ.

Считается, что все многообразие твердых топлив, от древесины до антрацита, представляет собой различные стадии строения первичных углеобразований, среди которых основными являются растительные организмы, начиная от древесных пород и кончая мхами и планктонами.

В процессе геологического строения топлива в нем увеличивается содержание углерода и уменьшается содержание кислорода.

Нефть как топливо используется редко. В ходе ее переработки получают следующие виды топлив:

Мазут, соляра, бензин, керосин, дизельное топливо, газотурбинное топливо

Мазут – конечный продукт переработки нефти и характеризуется повышенным содержанием минеральных примесей, серы; отличается повышенной вязкостью.

Комплекс проблем при сжигании:

А) повышенный выброс сернистого газа (SO₂)

Б) выбросы золы с продуктами сгорания

Горючие сланцы – особая разновидность ископаемых, имеющих повышенную зольность из-за сильного засорения первичных преобразователей минеральными примесями.

Нефть также образовалась путем длительных преобразований органических остатков, при этом в ее составе преобладают углеводороды различных классов.

Природный горючий газ – также характеризуется повышенным содержанием углеводородов, при этом метана может содержаться до 98%.

При переработке твердых топлив получают следующие искусственные топлива:

Полукокс, кокс, регенеративные газы

Искусственное топливо образуется в различных технологических процессах:

доменные газы, газы коксовальных печей, попутные газы нефтедобычи

Классификация топлив.

В зависимости от теплоты сгорания влажной беззольной массы угли подразделяются на ряд типов: бурые, каменные, полуантрацитовые, антрацитовые.

К бурым (тип Б) относят угли с высшей теплотой сгорания влажной беззольной массы менее 5700 ккал/кг. По содержанию рабочей влаги они делятся на три группы:

· Б1. К ней относятся угла с рабочей влажностью W^р>40%.

· Б2. 30 < W^р < 40%

· Б3. W^р<30%

К каменным углям относят угли с высшей теплотой сгорания влажной беззольной массы более 5700 ккал/кг и с выходом летучих веществ на горючую массу V^а>9%.

В зависимости от выхода летучих, а также характера коксового остатка каменные угли подразделяются на следующие марки: длиннопламенный, газовый, жирный, коксовыЙ, тощий и др. Иногда угли одной марки разделяются на группы по нижнему пределу толщины пластичного слоя, который добавляют в качестве индекса к обозначению данных марок. Например, Г6 – газовый уголь с толщиной пластичного слоя 6…10 мм.

К антрацитовым (тип А) относят угли с высшей теплотой сгорания влажной беззольной массы более 5700 ккал/кг и с выходом летучих веществ на горючую массу V^а<9%, объемный выход летучих V_об^г<220 см³/г.

К полуантрацитовым (тип ПА) относят угли переходного типа от каменных углей к антрацитовым с высшей теплотой сгорания влажной беззольной массы более 5700 ккал/кг и с выходом летучих веществ на горючую массу V^а<9%, объемный выход летучих 220 < V_об^г < 330 см³/г.

Каменные, антрацитовые, полуантрацитовые угли по крупности кусков при их сортировке подразделяются на следующие классы: плитный, крупный, орех, мелкий, семечко, штыб и др.

Бурые угли по крупности кусков при их сортировке подразделяются на следующие классы: рупный, мелкий, рядовой.

Энергетические мазуты подразделяются на следующие марки:

1) флотские, Ф5, Ф12 (легкие)

2) топочные, 40, 40В, 100В, 100, 200

3) мазуты для мартеновских печей МП,МПС.

2. Термические характеристики топлив.

Топлива в том виде, в котором поступают потребителю, называются рабочими, а вещества, входящие в его состав, называются рабочей массой.

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

C^P, H^P – основная масса топлива; N^P, O^P – внутренний балласт топлива; W^P – влажность топлива на рабочую массу; W^P, A^P – непостоянные параметры.

Твердое топливо с установившейся в естественных условиях влажностью называется воздушносухим. Проба такого топлива, поступившего на анализ, называется аналитическим топливом.

C^а+H^а+N^а+O^а+S_ор+к ^а+A^а+W^а = 100%

Для удобства анализа топлив введены условные понятия сухой, горючей и органической массы.

C^с+H^с+N^с+O^с+S_ор+к ^с+A^с = 100% - элементарный состав на сухую массу;

C^г+H^г+N^г+O^г+S_ор+к ^г = 100% - элементарный состав на горючую массу;

C^о+H^о+N^о+O^о+S_ор ^о = 100% - элементарный состав на органическую массу;

По новому ГОСТу: C^р= [ C^r ]; C^с= [ C^d ]; C^г= [ C^daf ];

C^с = C^P * ; C^а = C^P * ; C^г = C^P * ;

CH₄+C_mH_n+CO+H₂+CO₂+N₂+O₂+H₂O=100% - для газообразного топлива.

Тепловую ценность топлива принято характеризовать ее теплотой сгорания, т.е. количеством теплоты, выделяющемся при сгорании единицы массы топлива.

Q^p_н – низшая теплота сгорания топлива на рабочую массу

Q^p_в – высшая теплота сгорания топлива на рабочую массу

Теплотворная способность топлива определяется путем сжигания фиксированных навесок топлива в специальных калориметрических установках.

Для твердых и жидких топлив теплотворная способность м.б. приближенно рассчитана по их элементарному составу при помощи формулы Менделеева:

Q^p_н = 339*С^р+1025*Н^р-108,5*(О^р-S^p_ор+к)-25*W^p, кДж/кг.

Одной из особенностей твердых природных топлив является их способность выделять при нагревании газообразные и жидкие продукты термического разложения органического твердого топлива, которое называется летучими веществами.

V^г®V^daf

После выхода летучих веществ остается коксовый остаток, состоящий из углерода и золы.

Низшая теплота сгорания сухого газообразного топлива будет рассчитываться по формуле: Q^c_H =Q_CH4V_CH4+ Q_CmHnV_CmHn+ Q_H2V_H2+Q_CO+V_CO+Q_H2S+…

3. Подготовка к сжиганию твердого топлива.

Поступающее на электростанцию топливо имеет размер кусков 0-200 мм и может быть загрязнено металлом, щепой и инородными примесями. Поэтому до размола в мельнице требуется его предварительная подготовка.

Большинство топлив в сыром виде обладает хорошей сыпучестью, и угол естественного откоса не превышает 40-50.

Каналы, выполненные под углом большим угла естественного откоса, обеспечивают нормальную транспортировку топлива, но при сильном увлажнении топлива появляется свойство замазывания. Оно вызывает потерю сыпучести топлива и проявляется в налипании тестообразной массы к стенкам оборудования.

Некоторые сорта топлива обладают способностью примерзать в зимних условиях к стенкам оборудования. При этом смерзается внешняя влага топлива. Для защиты оборудования от поломки устанавливаются магнитные сепараторы.

Подвесной магнитный сепаратор удаляет металл с поверхности слоя и устанавливается при толщине слоя на ленте более 150 мм.

Шкивные магнитные сепараторы выполняются диаметром 0,4-1,2 м и длиной 0,4-1,3 м. Они вращаются с окружной скоростью 0,85-2 м/с. Их производительность по топливу составляет 35-600 т/ч. Сепараторы обычно питаются постоянным током 110-120В и имеют небольшой удельный расход энергии на удаление металла 0,01-0,02 кВтч/тонну (топлива).

Грохоты бывают неподвижными и подвижными. Неподвижные обычно выполняются под углом 40. М/д колосниками есть веерообразные зазоры с большим сечением, направленным вниз.

Топливо с ленты падает на грохот с высоты не менее 1,5 м. Производительность грохотов составляет до 140 т/ч.

Качающийся грохот состоит из сита, приводимого в колебательное движение. Размер решетки определяется максимальным размером кусков угля.

Наиболее широкое распространение получили жирационные(?) грохоты.

Максимальная производительность находится в диапазоне 70-130 м³/ч.

Щепоуловитель представляет собой вращающийся ротор с гребенками, которые прочесывают слой топлива и удаляют из него до 90% щепы.

Дробилки осуществляют предварительное измельчение крупных кусков топлива. Основным показателем эффективности работы является кратность дробления.

e=l_1мах /l_2мах

l_1мах - максимальный размер кусков топлива до дробилки

l_{2мах -} максимальный размер кусков топлива после дробилки

Рекомендуется добиваться следующей крупности топлива:

R_5мм=20%, R_10мм=5%, R_5мм – полный остаток на сите с размером 5мм;  < 15 мм

Валковые дробилки выпускаются двух типов:

1. шиповые, получившие широкое распространение

2. с гладкими валками

Шиповые валковые дробилки состоят из двух барабанов, вращающихся навстречу др.др. На барабаны насажены шипы, один из них неподвижен, а другой в подвижных подшипниках, скользящий по раме.

В дробилках данного типа измельчение происходит преимущественно за счет раздавливания и раскалывания. Для их привода используют чаще всего ременную передачу. Окружная скорость находится в диапазоне 2-6 м/с, е=4-5, расход энергии 0,15-0,4 кВтч/т.топлива, производительность 10-300 т/ч.

Используются также молотковые дробилки, которые состоят из корпуса, ротора с закрепленными на нем дисками, к которым крепятся билодержатели, а к последним била.

Зазор между решеткой и билами 5-10мм. Чем меньше это расстояние, тем более тонко измельчается топливо. Кратность дробления 8-10, может быть увеличена до 20. Частота вращения ротора 500-1000 об/мин. В процессе эксплуатации дробилок рабочая часть бил изнашивается, когда зазор составляет 20-30 мм дробилку останавливают и производят замену бил. Для увеличения срока службы бил их рабочую часть утяжеляют. Данные дробилки выпускаются производительностью 2,5-200 т/ч.

Расход металла 10-20 г/т. топлива.

1 – вагон с углем; 2 – решетка; 3 – бункер сырого топлива; 4 – питатель сырого топлива;

5 – транспортер; 6 – устройство парового обогрева; 7 – шкивный магнитный сепаратор;

8 – отвод металла; 9 – грохот; 10 – дробилка; 11 – щепоуловитель; 12 – отвод уловленной щепы; 13 – подвесной магнитный сепаратор; 14 – разгрузочная тележка;

15 – транспортер котельного цеха; 16 – бункер котлоагрегатов.

4. Показатели работы топочных устройств

Важнейшая теплотехническая характеристика топочных устройств, основываясь на которой решают вопросы их конструкции и оценивают интенсивность работы, - тепловое напряжение объема топочного пространства. Оно выражается отношением Q/Vт и представляет собой количество теплоты, выделившейся при сжигании определенного количества топлива в единицу времени В и приходящейся на 1 куб.м объема топочного пространства, т.е.:qn = Q/Vт = Qpн B/Vт. (15.1)Единицей измерения q для является Вт/м3.

Если значение q будет превышать определенную числовую величину, установленную практически, то за время нахождения в топке топливо не сгорит полностью. Опыт эксплуатации котельных агрегатов показал, что для различных видов топлива, способов сжигания и конструкций топок допустимое значение qn изменяется в широких пределах. Например, для слоевых топок с неподвижной решеткой и ручным забросом топлива qn = 290 – 350 кВт/м3, у слоевых механизированных топок qх =290 – 465 кВт/м3, для камерных топок при сжигании угольной пыли qn = 145 – 230 кВт/м3, а при сжигании в них газа или мазута qх = 230 – 460кВт/м3.

В слоевых топках, в которых часть топлива сгорает в слое, а другая часть в топочном пространстве, применяют еще одну характеристику интенсивности тепловой работы топки, называемую тепловым напряжением зеркала горения и имеющую вид:qR=Q/R=Qpн/R. (15.2)

Единицей измерения для qR является Вт/м2; В – кг/с; Qрн – Дж/кг и для - R м3.

Эта характеристика представляет собой количество теплоты, выделившейся при сжигании определенного количества топлива в единицу времени и приходящейся на 1 м2 площади поверхности зеркала горения. Установлено, что чем больше qR, тем больше потеря теплоты от механического недожога вследствие уноса из пределов топки мелких, не успевших сгореть частиц топлива. Значения теплового напряжения зеркала золы, конструкции топки и т.д. и изменяются в широких пределах – от 350 до 1100 кВ/м2. Очевидно, что чем больше значение qu иqR для заданных размеров топки и одного и того же вида топлива, тем интенсивней (форсированней) протекает работа топки, т.е. больше сжигается топлива в единицу времени и больше вырабатывается теплоты. Однако форсировать топку можно лишь до определенного предела, ибо в противном случае возрастают потери от химической и механической неполноты сгорания и снижается КПД.

5. Тепловой баланс котельного агрегата. КПД и расход топлива.

Располагаемая теплота топлива на один килограмм твердого или жидкого топлива рассчитывается по формуле:

, МДж/кг

Новое обозначение ®

i_тл – физическая теплота топлива

i_тл = с_тл*t_тл = , МДж/кг

= + i_тл + , МДж/м³ – для газообразного топлива

= b’[(J^o_в)’- J^o_х.в], МДж/кг – теплота полученная воздухом вне котельного агрегата (от паровых или водяных калориферов);

b’ – отношение количества воздуха на входе в котельный агрегат (воздухоподогреватель) к теоретически необходимому количеству.

(J^o_в)’ – энтальпия теоретически необходимого количества воздуха при его температуре после охладителя;

J^o_х.в – энтальпия теоретически необходимого холодного воздуха.

= *(, МДж/кг – теплота внесенная в топку паром, идущим на распыление мазута.

- расход пара на распыл мазута, кг/кг

- энтальпия форсуночного пара.

2,5 МДж/кг – условно принимаемая энтальпия водяных паров содержащихся в уходящих дымовых газах

=40,6*10^-3*k (CO₂)^p_k, МДж/кг – теплота расходуемая на разложение карбонатов при сжигании сланцев

k – коэффициент характеризующий степень разложения карбоната, для камерного сжигания – 1, для слоевого – 0,7;

(CO₂)^p_k – содержание углекислоты карбонатов в рабочей массе сланца.

Полное количество полезно использованной теплоты в котельном агрегате составит:

= (i_п.п- i_п.в)+ S (i¢¢_вт- i¢_вт)+ (i_н.п- i_п.в)+ (i_кип- i_п.в)+S ,МВт.

- расход перегретого пара (кг/с);

i_п.п – энтальпия перегретого пара;

i_п.в. – энтальпия питательной воды;

- расход пара через вторичный пароперегреватель, кг/с;

i¢¢_вт – энтальпия пара на выходе из вторичного пароперегревателя;

i¢_вт – энтальпия пара на выходе из первичного пароперегревателя;

- расход насыщенного пара, выдаваемого котлом стороннему потребителю, кг/с;

i_н.п – энтальпия насыщенного пара;

- расход продувочной воды, кг/с;

i_кип – энтальпия котловой воды при температуре кипения;

- теплота воды или воздуха полученного в котле и отданного стороннему потребителю.

Теплота, воспринятая воздухом в воздухоподогревателе и внесенная в топку, представляет собой внутреннюю рециркуляцию между воздухоподогревателем и топкой, поэтому не учитывается ни в располагаемой теплоте, ни в полезноиспользованной.

Теплоту холодного воздуха и присосов в величину располагаемой теплоты условно не вносят, учитывая ее соответственно снижения потерь теплоты с уходящими газами.

При установившемся тепловом режиме работы котла уравнение теплового баланса можно записать в виде:

, МДж/кг

Примем за 100% и почленно поделим на нее все составляющие данного уравнения.

100 = q₁+q₂+q₃+q₄+q₅+q₆, %

q₁ – полезно использованная теплота;

q₂ – потери теплоты с уходящими газами;

q₃ – потери теплоты с химической неполнотой сгорания;

q₄ – потери теплоты с механической неполнотой сгорания;

q₅ – потери теплоты от наружного охлаждения;

q₆ – потери теплоты с физической теплотой шлаков и от охлаждения панелей и балок, не включенных в циркуляционный контур котла.

Поиск по сайту: