Порядок виконання та оформлення завдання

Розрахункова робота складається з наступних розділів:

1. Розрахунок процесів горіння палива у котельному агрегаті.

1.1. Визначення теплоти згоряння палива.

1.2. Вибір топки та втрат теплоти в КА.

1.3. Розрахунок об’ємів повітря і продуктів згоряння палива.

2. Визначення ефективності роботи котельного агрегату.

2.1. Складання теплового балансу КА.

2.2. Визначення ККД котла.

2.3. Визначення витрати палива.

3. Висновки по роботі.

Пояснювальна записка до розрахункової роботи повинна бути виконана на аркушах А4 з рамкою і супроводжуватись відповідними схемами, рисунками та поясненнями до них.

 

4 Розрахунок процесів горіння палива

Паливом називаються хімічні сполуки, в результаті горіння яких виділяється теплота, яку економічно доцільно використовувати для промислових та побутових потреб.

Палива можуть бути природні і штучні. Природні поділяються на органічні і неорганічні ( наприклад, ядерне паливо). За агрегатним станом паливо буває тверде, рідке і газоподібне (табл. 1).

 

Види палива Таблиця 1

Агрегатний стан	Походження
Природне	Штучне
Тверде	Дрова, торф, буре вугілля, кам’яне вугілля, антрацит, горючі сланці	Деревне вугілля, напівкокс, кокс, термоантрацит, брикети та ін.
Рідке	Нафта	Мазут, солярове масло, дизельне і моторне паливо, бензин, гас, бензол, спирт
Газоподібне	Гази природний, попутний	Гази доменний, коксовий, світильний, генераторний та ін.

 

Тверде і рідке органічне паливо складається з хімічних сполук вуглецю С, водню Н, сірки S, кисню О, азоту N, вологи W і негорючих твердих (мінеральних) домішок, що утворюють золу А. Горючі елементи - С, H, S.

Волога і зола складають зовнішній баласт палива, а кисень і азот – внутрішній баласт.

Природний газ - це суміш горючих (насичені С_nН_2n+2 та ненасичені С_nН_2n вуглеводні, Н₂, CO та Н₂S) та негорючих газів (N₂, CO₂, O₂ ). Складається переважно з метану СН₄ =85-98 %.

Розрахунки по спалюванню палива виконують на підставі його елементарного складу і технічного аналізу.

Елементарний склад палива буває: органічний, сухий, робочий та горючий (табл. 2).

Таблиця 2

	Паливні маси
Позначення	С	Н	О	N	S	А	W
Sор+Sс	Sк
Органічна	Cо + Hо + Oо + Nо + Sо =100%
Горюча	C г + Hг + Oг + Nг + Sг =100%
Суха	Cс + Hс + Oс + Nс + Sс + Aс =100%
Робоча	C p + Hp + Op + Np + Sp + Ap + Wp =100%

 

Розрахунки КА проводять за робочою масою палива. Перерахування складу з однієї маси на іншу проводиться за допомогою множників (табл. 3).

Горіння являє собою хімічний процес з'єднання окислювача з горючими елементами палива, що супроводжується інтенсивним виділенням теплоти і значним підвищенням температури.

Кожен процес горіння вимагає:

1. достатнього часу для завершення хімічних реакцій;

2. достатньої температури для нагрівання палива до послідовних стадій розкладання і до загоряння вуглецю і водню;

3. достатньої турбулентності для змішування кисню і горючих елементів і забезпечення повного згоряння.

Таблиця 3

Задана маса	Маса, яку шукаємо
органічна	горюча	суха	робоча
Органічна
Горюча
Суха
Робоча

 

 

При горінні протікають наступні основні реакції:

1. Вуглець до діоксиду вуглецю:

C+O₂→ CO₂ + 31 МДж/кг С.

2. Вуглець до оксиду вуглецю:

2C+ O₂→2CO+ +9,92 МДж/кг С.

3. Оксид вуглецю до діоксиду вуглецю:

2CO+O₂→2CO₂+ 10,14 МДж/кг СО.

4. Водень до водяної пари:

2H₂+ O₂→2H₂O+ 120 МДж/кг Н.

5. Сірка до діоксиду сірки:

S+O₂→SO₂+ 9,3 МДж/кг S.

Топка призначена для спалювання в ній палива та передачі отриманої при цьому теплоти теплоносію, що рухається в розташованих в топці поверхнях нагрівання. Існуючі топкові пристрої можна розділити на силові, теплові та технологічні (табл. 4, рис.1), а теплові – на шарові і камерні.

 

 

Таблиця 4

Топкові пристрої

Силові

Теплові

Технологічні

Шарові топки

Камерні топки

Для твердого грудкового палива

Для газоподібного палива

Для рідкого палива

Для твердого палива (пилу)

Для суміші палив

 

 

 

Рис. 1. Схеми топкових пристроїв.

а) шаровий; б) факельний; в) вихровий; г) киплячий шар.

 

Шарові топки призначені для спалювання твердого палива в шарі на колосникових решітках. В залежності від способу організації процесу спалювання палива шарові топки можна розділити на три групи (рис.2):

·з нерухомими колосниковими решітками і нерухомим шаром палива - а,б;

·з рухомими колосниковими решітками і шаром палива, що рухається з нею – в, г;

·з нерухомими колосниковими решітками і переміщенням палива – д, е.

У камерних топках спалюється тверде паливо у зваженому стані у вигляді пилу і дроблених часток, а також рідке , що розпорошується за допомогою форсунок і газоподібне.

 

Рис. 2. Шарові топки

 

Проміжним типом між шаровими топками і камерними є топки з «киплячим шаром» палива, коли шар палива розрихлюється потоком повітря, що проходить крізь шар з великою швидкістю. Якщо збільшується витрата повітря (швидкість), то у шарі утворюються повітряні бульбашки, які прориваються нагору - режим бульбашкового кипіння.

Спалювання палива здійснюється за допомогою пристроїв, які називаються пальниками (рис. 3-5). Вони призначені для введення газу й окислювача (зазвичай повітря) у топку, змішування потоків до початку горіння чи в самому процесі горіння і для стабілізації факела, тобто створення умов, що забезпечують надійне горіння факела без загасань, пульсацій або відриву від пальника.

Рис. 3. Схеми пальників для спалювання газу.

1 - газове сопло, 2 - регулююча повітряна заслінка; 3 - змішувач; 4 - керамічна насадка, 5 - лопатковий завихрювач; 6 - газовий колектор; 7 - обмурок топки; I - повітря; II - газ.

 

Рис. 4. Принципові схеми пальників для спалювання пилоподібного твердого палива.

прямотечійні пальники з подачею аеросуміші по периферії пальника (а) та центральним каналом (б) ; в – вихровий пальник; 1 - аеросуміш; 2 - вторинне повітря; 3 - рециркуляція гарячих газів.

 

 

 

 

Рис. 5. Принципові схеми мазутних форсунок

1 - паливо; 2 - повітря; 3 – пара.

Котлом називається пристрій для одержання робочого тіла (пари, води) або іншого теплоносія необхідних параметрів за рахунок підведення теплоти при спалюванні палива. Сукупність КА з його допоміжним устаткуванням, що забезпечує його роботу, називається котельною установкою.

До складу КА входять: паровий (водогрійний) котел з топкою, пароперегрівач, водяний економайзер, повітронагрівач (рис. 6).

 

Рис. 6. Технологічна схема котельної установки

а- водяний тракт; б- перегріта пара; в- паливний тракт; г- рух повітря;

д - тракт продуктів згоряння; е- шлях золи і шлаку;

1- бункер палива; 2- вуглерозмелювальний млин; 3- млиновий вентилятор; 4-пальник; 5- контур топки та газоходів котельного агрегату; 6- екрани топки; 7- барабан; 8- пароперегрівач; 9- водяний економайзер; 10- повітронагрівач; 11- бак запасу води з деаераційним пристроєм; 12- живильний насос; 13- вентилятор; 14- контур будівлі котельної; 15- золоуловлювальний пристрій; 16- димосос; 17-димар; 18-насосна для відкачування золошлакової пульпи.