Материальный баланс котла
Материальный баланс котла в целом составляют для его газовоздушного и пароводяного трактов (для случая парового котла) (рис. 2.27). Материальный баланс процессов преобразования химической энергии топлива в тепловую продуктов сгорания описывается уравнением
Расчет материального баланса для газовоздушного тракта котла проводят на 1 кг сжигаемого топлива и в объемных расходах газа; уравнение (2.16) в этом случае преобразуется:
При расчете объема воздуха V, необходимого для сгорания 1 кг топлива, нужно знать расход кислорода для обеспечения химических реакций горения, состав которого задается в процентах от 1 кг рабочего состояния жидкого или твердого топлива:
или его составляющих в процентах от 1 м3 в случае газообразного топлива. При полном окислении горючих компонентов топлива будут наблюдаться следующие химические реакции:
Объем кислорода, необходимого для обеспечения выгорания горючих компонентов топлива, и объемы образующися при этом продуктов сгорания приведены в табл. 2.1. Плотности газов при нормальных условиях составляют для: Оо— 1,4289; Н20 —0,804; С02— 1,9768;
В 1 м3 воздуха содержится 21 % О2, поэтому теоретический объем воздуха V°, необходимый для полного сгорания 1 кг (1 м3) для твердого и жидкого топлива, составит:
Для обеспечения полного сжигания топлива в топочном объеме в него вводят воздуха больше, чем требуется по химической реакции (KB>V°). Дополнительное количество вводимого воздуха оценивают коэффициентом избытка воздуха ат, который равен отношению количества воздуха, введенного в топочный объем, к теоретически необходимому для полного сгорания 1 кг (1 м3) топлива:
Коэффициент избытка воздуха зависит от вида сжигаемого топлива, его качества, условий и параметров топливоподготовки, метода сжигания топлива и конструкции топочного устройства. Коэффициент выбирают из условий обеспечения получения максимального КПД котла при допустимых выбросах окислов азота. При слоевом сжигании величина ат равна 1,3—1,6; при камерном сжигании угля — 1,2—1,25; при сжигании газа п мазута— 1,05—1,1. В котлах, работающих под разрежением, в связи с присосами воздуха по ходу газового тракта коэффициент а увеличивается, и на выходе из котла величина аух>ат; аУх = ат42Аа. Приращение общего коэффициента избытка ЕДа определяют суммированием присосов воздуха по каждому элементу котла по ходу газов. Обычно 2Да = 040,2.
Объем и состав продуктов сгорания. Продукты сгорания топлива содержат продукты полного сгорания горючих компонентов топлива: диоксид углерода; водяной пар и диоксид серы, а также водяной пар, привнесенный с влагой воздуха и образовавшийся в результате испарения влаги топлива; азот воздуха и азот, образовавшийся из азотистых соединений топлива; избыточное количество воздуха, введенного в топочный объем и не участвующего в горении, и, наконец, еще некоторое количество водяного пара в случае, если он использовался для распыления топлива. При неполном сгорании топлива в продуктах сгорания возможно присутствие оксида углерода, водорода, метана и непредельных углеводородов, концентрацию которых определяют анализом продуктов сгорания. Обычно содержание этих веществ не превышает 0,5—1,0%, и в расчетах объема продуктов сгорания их не учитывают. Потери же энергетического потенциала топлива за счет его неполного сгорания учитывают при составлении теплового баланса котла. При расчете объема продуктов сгорания Уг все входящие в него компоненты условно делят на объем сухих газов УСг и объем водяного пара VH,O . Таким образом:
Сумма объемов трехатомных газов, теоретических объемов азота и водяного пара составляет теоретический объем продуктов сгорания У?,
Объем водяного пара, используемого для распыления жидкого топлива Vh2o дополнительно включаемый в выражение (2.21), равен:
При сжигании сланцев диоксид углерода образуется не только в результате горения углерода топлива, но и в результате присутствующих в этом топливе карбонатов кальция, магния и железа, так что суммарный выход ro2 рассчитывают по формуле
Массовый расход продуктов сгорания при сжигании твердого и жидкого топлива равен сумме расходов без- зольной массы топлива и воздуха, вводимого в зону горения:
Степень выгорания топлива, в %, в топочном объеме можно рассчитать, зная расчетный ат и действительный коэффициенты избытка воздуха из уравнения
Полагая, что часть водорода топлива окислена за счет кислорода топлива, можно, используя формулы (2.18) и (2.22), выразить коэффициент р через элементный состав топлива:
Коэффициент р является характеристикой топлива, которая представляет собой отношение расхода кислорода воздуха для окисления свободного водорода топлива к расходу кислорода для образования сухих трехатомных газов (табл. 2.2).
По известному процентному содержанию 02 в продуктах сгорания, зная коэффициент р топлива, можно определить по уравнению (2.24) процентное содержание трехатомных газов
Если бы топливо состояло только из углерода и серы, т. е. при р=0, при полном сгорании при а = 1,0 в продуктах сгорания содержался бы 21 % трехатомных газов. Таким образом, максимально возможная концентрация трехатомных газов в продуктах сгорания любого углеводородного топлива в воздухе не может быть выше 21 %. В уравнении (2.19) коэффициент избытка воздуха можно представить как
Пренебрегая увеличением концентрации азота в продуктах сгорания за счет азота топлива, можно выразить действительный объем воздуха через объем азота, перешедшего в продукты сгорания с окислителем:
Учет энтальпии золы в связи с относительно малой ее величиной производится лишь при сжигании пылевидных многозольных топлив, для которых приведенная величина уноса золы из топочного объема аУцЛПр 1,43, % (кг/МДж).
