7 горива. Горивни процеси и системи 1 Определение и класификация на горивата


,273 – коефициент за преизчисляване на въглеродния двуокис във въглерод



страница2/4
Дата23.10.2018
Размер0.65 Mb.
#94174
1   2   3   4

0,273 – коефициент за преизчисляване на въглеродния двуокис във въглерод;


G2 – нарастването на масата на поглътителя (за вода), g;

0,112 – коефициент за преизчисляване на водата във водород.

Сярата влизаща в състава на твърдото гориво се разделя на горима (Sорг+Sпир) и негорима (сулфатна Sсулф.) сяра. Наличието на горима сяра е предпоставка за възникване на сярна корозия върху някои елементи на парогенератора и за активно замърсяване на околната среда, поради което тя се явява нежелан елемент в състава на въглищата.

Кислородът и азотът също са нежелани елементи в органичната част на твърдото гориво, тъй като с увеличението им се намалява съдържанието на горимите елементи.

Летливи вещества се наричат газовете получени от разпадането на термически неустойчивите органични съединения в горивото. Те се образуват и отделят при нагряване на въглищата без достъп на въздух. Остатъкът главно от въглерод и пепел се нарича кокс. Количеството на летливите вещества и видът на коксовия остатък са важни показатели при изследването на твърдите горива.Добивът на летливи вещества характеризира термичната устойчивост на горивото и предпоставките за запалване и самозапалване.

За определяне добивът на летливи вещества на аналитична маса (V a) въглищната проба се нагрява до температура 850 C без достъп на въздух в продължение на 7 min.

Изчисляването на V a се извършва по формулата:



където: G е маса на горивото, g;

G1 – маса на тигела с горивото, g;

G2 – маса на тигела с коксовия остатък, g;

W а – аналитична влага на горивото, %;

(CO2 )ка - съдържание на карбонатен CO2 в пробата, % (тази компонента се отчита при (CO2)ak >2%)

Така полученият добив на летливи вещества (V a) обикновено се преизчислява за суха безпепелна маса (V daf , % ) на въглищата.



Коксовият остатък (К), който се получава при опередляне добива на летливи вещества, се пресмята по формулата:

Количеството топлина, което се отделя при изгаряне на твърдите горива е сума от топлините в резултат на изгарянето на летливите вещества съдържащи се в тях и на изгарянето на коксовия остатък.


7.12.3. Характеристика на минералната част
Минералните примеси са основен баласт във въглищата, понижаващ тяхното качество. Източници на минерални примеси в горивото са: растителното вещество от което се образуват въглищата; наноси от води и ветрове по време на пластообразуването; инфилтрация от минерализирани води; гранични земни породи попаднали в горивото по време на добиването му.

За количеството минерални примеси (М) в горивото преди всичко се съди по неговото пепелно съдържание А d , т.е. по количеството на твърдия не горящ остатък, който се получава от изгарянето на въглищна проба при температура 800 C .

Основните химични реакции свързани с превръщането на минералните примеси в пепел са:

а) Разлагане на гипса (при температури над 150 C).




CaSO4.2H2O  CaSO4 + 2H2O (7.1.5)

б) Окисление на железния сулфид (в температурния интервал 400-600 C)


4Fe2S2 + 11.O2  2Fe2O3 + 8.SO2 (7.1.6)


в) Разлагане на карбонатите (при температури над 500 C).




FeCO3  FeO + CO2

CaCO3  CaO + CO2 (7.1.7)

MgCO3  MgO + CO2

За определяне на пепелното съдържание се използуват два аналитични метода – метод на бавно опепеляване (с продължителност около 3 часа и 20 минути) и метод на ускорено опепеляване (с продължителност около 1 час). Същността на тези методи се състои в изгаряне на предварително претеглена маса гориво в муфелна пещ с достъп на въздух или с подаване на кислород, накаляване на пепелния остатък при температура 800+15 C , охлаждане и теглене на пепелния остатък. Пепелното съдържание на аналитична маса при тези методи се изчислява по формулата:





където: G1 е масата на тигела, g;

G2 – масата на тигела с претеглено гориво, g;

G3 – масата на тигела с остатъка след накаляване на претегленото гориво, g.

При проектирането на котлите и най-вече при проектиране на техните пещни камери е необходимо да се знаят така наречените температурни характеристики на топене на пепелта. Оценката на процеса на топене се основава на следните три характерни температури – температура на началото на деформацията tA, температура на началото на размекването tB и температура на стопяването tС.

Предприемането на мерки за снижаване замърсяването на нагревните повърхности в пещната камера изисква да се знае стойността на температурата, при която настъпва втвърдяване на пепелта. Обикновено тази температура е с около 50 С по-ниска от tB. При изгаряне на твърдото гориво във високотемпературните зони на пещта настъпва частично или пълно стапяне на пепелта. Една част от пепелта (фракциите с по-малки размери) се отнася от газовите продукти на горене. Останалата част под въздействие на високите температури и други фактори претърпява допълнителни изменения и се отделя в течно или твърдо състояние в дъното на пещната камера под формата на шлак.

Условията на изгаряне на горивото в пещите на съвременните котли значително се различават от тези за лабораторно определяне на пепелното съдържание. В следствие на това състава и свойствата на пепелните остатъци получени при реални условия най-често се отличават от тези определени в лаборатория.

Температурните характеристики на топене на пепелта зависят от състава и дяловото участие на отделните пепелни компоненти. Установено е, че с нарастване дела на окисите имащи кисел характер (SiO2, AL2O3, TiO2) за сметка на окисите с основен характер (CaO, MgO, Feo, Fe2O3, Na2О, K2O) споменатите характерни температури на топене се увеличават.
7.1.2.4. Съдържание на влага в твърдите горива

Всички видове твърдо гориво (включително различните видове въглищни формации) съдържат и определено количество влага. В зависимост от формата на свързаност с горивото различаваме следните видове влага:



  • повърхностна влага, намираща се на повърхността на въглищните частици (късове);

  • капилярна влага, разположена в капилярите и порите на въглищните късове в резултат на т.н. капилярна кондензация;

  • хигроскопична влага, разполагаща се на повърхността и във вътрешността на частиците; дължи се на междумолекулни сили свързани с колоидно-химическата структура на органичната част на горивото; тази влага определя влажността на аналитичната проба;

  • хидратна вода, влизаща в състава на кристалохидратите от минералната част на въглищата (например Al2O3.2SiO2.2H2O); отделянето и става само след загряване на горивото над 200 °C, тя не спада към общата влага на горимото;

Структурата на общата влага (W rt) на работна маса във въглищата е показана на фиг.7.1.2.


Фиг.1.2 .2.

Фиг.1.2 .2.
Фиг.7.1.2
Съдържанието на влага в твърдите горива е важен показател за установяване на техния вид и качество. Повишеното влагосъдържание води до понижаване на температурите в пещната камера и увеличаване обема на пещните газове в резултат на което се увеличават и загубите на топлина с изходящите газове. Количеството на влагата зависи от редица фактори като: произход, геоложка възраст, метеорологични условия и др.

За определяне както на общата (W rt), така и на аналитичната влага (W a) често се използува така наречения ускорен метод. При този метод лабораторните проби с тегло 10 1g, се сушат в предварително нагрят до температура 160165 C сушилен шкаф. Продължителността на сушенето е различна в зависимост от предполагаемото влагосъдържание (например 50 мин. за лигнитни въглища с обща влага над 45 %). След изсушаване пробите се охлаждат до стайна температура (не повече от 20-25 мин.) и се теглят. Съдържанието на влагата се изчислява по формулата:



където: G е масата на пробата преди сушенето в, g;

G1 – масата на пробата след сушенето, g.
7.1.2.5. Топлина на изгаряне
Количеството топлина, което се отделя при пълното изгаряне на единица маса твърдо гориво (при нормални условия) се нарича топлина на изгаряне на това гориво. Горната топлина на изгаряне на горивото (Q rs) включва и топлината разходвана за изпаряване на водата от горивото и водата получена от окислението на водорода при горивния процес. Тъй като изразходваната за изпаряване топлина не се оползотворява при работа на парогенераторите, топлинните пресмятания в тази област се извършват с долната стойност на топлината на изгаряне(Q ri). Връзката между Q rs и Q ri се определя от израза:

Q rs – Q ri = 25,14. (9H r + W rt) kJ/kg (7.1.10)

Сравнително точно определяне на топлината на изгаряне се извършва с помощта на калориметър. Експеримента се осъществява в следната последователност: около 1g аналитична маса гориво се поставя в калориметрична бомба, която се затваря херметически и се запълва с кислород до налягане 23 MPa; бомбата се поставя в тялото на калориметъра (термоизолирано от околната среда) и по електрически път се запалва въглищната проба. Горната топлина на изгаряне на аналитичната проба се определя по формулата (топлинен баланс на калориметъра):



Q as = Q aб – 94,2.S a – в.Q aб , kJ/kg 7.1.11)

където: Q aб - е топлината , която се е отделила при изгаряне на пробата в бомбата (определя се по количеството топлина възприета от водата в калориметъра), kJ/kg;

94,2 - е количеството топлина отделена за всеки процент сяра в горивото, окислен до SO2 и SO3, които са разтворени във водата , kJ/kg ;

в - коефициент, който отчита отделената топлина в резултат на образуването на азотна киселина в бомбата. За черни, кафяви, лигнитни въглища в = 0,0061, а за антрацит, постни черни въглища и течни горива в = 0,0042.

Топлината на изгаряне на работна маса се изчислява съответно по формулата:



Тъй като отделената при изгаряне на горивото топлина зависи от процентното съдържание на горимите елементи от органичната част (както и от това на пиритната сяра), съществуват формули за определяне на Q ri във функция от елементния състав на горивото.

Задоволителна точност при такива пресмятания се постига с формулата на Менделеев:


Q ri = 339,39.C r + 1257.H r + 108,94.(S r – O r) – 25,14.(9.H r + W r), kJ/kg (7.1.13)

За определяне топлината на изгаряне на български лигнитни въглища е предложена формулата:


Q ri = 305,58.C r + 933,48.H r + 96,28.S rорг – 25,14.(9.H r + W r) ,kJ/kg (7.1.14)

Използуването на тези формули предполага предварително определяне стойностите на аргументите (H r, C r, S r, O r и др.), което е свързано с трудоемки и продължителни експерименти.

В практиката често се използува и съществуващата зависимост между топлината на изгаряне и баластните показатели на горивото (А d, W rt), тъй като тяхното определяне е сравнително лесно. Тези зависимости се установяват чрез статистическа обработка на представителна по обем база данни. Такава обработка е осъществена за основните въглищни находища в България. Предлаганите на тази база формули за експресно пресмятане на Q ri (както и стойностите на други основни изчислителни характеристики) за въглищата добивани в някои от тези находища са представени в таблица 7.1.2

Пресмятане топлината на изгаряне на кокс, полукокс и дървени въглища (на база на елементния състав) може да се извърши при използуване на зависимостта:




Q ri = 338,3.C r + 1172,3H r + 104,8.S r ,kJ/kg (7.1.15)

За дърва и дървени отпадъци, топлината на изгаряне може експресно да се определи по израза:


Q ri = 19217,4 – 217,3.W r ,kJ/kg (7.1.16)

При изгаряне на смеси от два вида твърдо гориво или твърдо и течно гориво топлината на изгаряне на сместа се определя по формулата:




Q ri ,см = Q ri,1.g + Q ri,2.(1 - g) , kJ/kg (7.1.17)


където: Q ri,1, Q ri,2 е топлината на изгаряне съответно на първото и второто гориво, kJ/kg.

g – масовия дял на първото работно гориво в сместа.

За сравнителни оценки, характеризиращи оползотворяването на енергийните горива е удобна употребата на т.н. приведени характеристики на



горивата. Те най-често отразяват количествата пепел, влага или сяра, отнесени към единица топлинa на изгаряне на разглежданото гориво.


Басейн

Състав в работно състояние, %

Топлина на изга-ряне, Qir, MJ/kg

Добив на летливи вещества Vdaf, %

Коефи-циент на смилае-мост kЛ.О

Температура на топене на пепелта1, С

Регресионна зависимост

W rt ( A d ), %

Регресионна зависимост

Q ri (W rt, A d ) ,kJ/kg

C r

H r

S r

O r

N r

A r

W rt

tA

tB

tC

Марица Изток

19,32

1,78

1,98

7,00

0,34

14,44

55,14

6,369

62,0

1,05

1050

1200

1250

65,48 - 0,321.Аd



Марица Запад

25,51

2,46

3,59

8,79

0,59

17,94

41,12

9,352

58,0

1,10

1040

1085

1130

52,80 - 0,333.Аd



Бобов Дол

35,71

2,81

3,23

8,60

1,30

36,55

11,80

14,168

50,0

1,10

1100

1200

1300

15,75 - 0,0953.Аd



Пернишки

29,28

2,47

1,38

8,37

0,76

43,47

14,27

11,115

51,0

1,15

1050

1175

1250

19,89 - 0,111.Аd



Балкански

53,94

3,12

0,56

4,04

0,38

33,26

4,70

20,725

29,0

1,30

1050

1225

1300

8,12 - 0,098.Аd



Елховски

19,19

1,61

3,31

5,72

0,34

15,07

54,78

6,763

61,5

1,05

1270

1300

1300

65,48 - 0,321.Аd



Пернишки (Аd>50 %)

14,72

1,54

1,26

6,61

0,38

62,49

13,00

7,081

49,5

1,05

1150

1300

1400

19,89 - 0,111.Аd



Добруджански

39,90

3,20

1,21

5,87

0,78

40,04

9,00

15,695

38,5

1,05

1050

1175

1250

-




Таблица 7.1.2

1 Определена в полуредукционна среда (по Бунте – Баум)





За удобство при извършване на гориво-енергийните баланси, пресмятане на енергийни запаси и др. свързани с участие на горива с различни стойности на Q ri широко се използува понятието условно гориво. Условното гориво представлява теоретично (фиктивно) гориво с топлина на изгаряне 29 330 kJ/kg.

За всяко реално гориво с известна топлина на изгаряне може да бъде определен т.н. топлинен еквивалент Q ri / 29330. За преизчисляването на количеството реално гориво в условно е необходимо това количество да се умножи с топлинния еквивалент на разглежданото гориво.


7.1.3.

Течни горива




7.1.3.1. Химичен състав и топлина на изгаряне
Използването на течни горива в енергетиката е свързано с редица предимства в сравнение с използването на твърди горива. Това се дължи на специфичните характеристики на течните горива, които по отношение на твърдите са с по-висока топлина изгаряне (респективно, значително по-ниско съдържание на баластни компоненти), притежават по-висока степен на хомогенизация, по-лесно се транспортират, контролират и т.н.

Течните енергийни горива са производни на нефта, който се разглежда като единствен представител на естествените течни горива, въпреки че пряко не се използва като гориво. Условно, изкуствените (производни) течни горива могат да бъдат класифицирани на леки течни горива и мазут. Към леките течни горива принадлежат бензин, керосин, нафта и др. Те включват относително по-леките течни фракции от производството на нефтените рафинерии, поради което се характеризират с нисък вискозитет и могат да се подават към горивните устройства без предварителна подготовка (подгряване). Някои усреднени характеристики на леки течни горива са представени в Таблица 7.1.3

Най-често използваното течно енергийно гориво е мазутът, поради което неговите характеристики са разгледани по-подробно. Той се получава в нефтопреработващите предприятия едновременно с производството на другите нефтопродукти – леките (моторни) горива, масла и други. Мазутът се явява най-тежката течна фракция при това производство.

Подобно на нефта мазутът представлява сложна колоидна смес от въглеводороди и асфалто-смолисти вещества. При така наречената температура на застиване те образуват псевдокристални структури в резултат на което течливостта на мазута се понижава. Органичната част на мазута съдържа същите основни пет химични елемента както при твърдите горива. При течните горива (в частност мазута) се дефинира и използва само понятията работна и суха безпепелна маса.




Таблица 7.1.3

Характеристики на леки течни горива

Горива

Плътност  при 20 С

kg/m3



Състав, %

Топлина на изгаряне, kJ/kg

Cdaf

Hdaf

Odaf +Ndaf

Sdaf

Qsr

Qir

Етилалкохол

800

62

13

25

-

29890

26960

Бензол

880

92

8

-

-

41940

40230

Бензин

720800

85

15

-

-

46700

42500

Керосин

800820

85

15

-

-

42900

40800

Метанол

790

38

12

50

-

22310

19510

Нафта

840

86

13

0,4

0,5

44800

41650

Елементния състав на мазута зависи както от произхода на нефта, така и от технологията на преработването му. С увеличаване плътността на мазута нараства и съотношението С/Н.

Минералните примеси в мазута представляват най-вече разтворени във вода метални соли, извлечени от земните пластове при добива на нефта. Една част от металните примеси са продукти от корозията на резервоари, тръби и арматури предназначени за транспортиране и съхранение на нефта и мазута. При изгаряне на мазута металните примеси се преобразуват в окиси, формиращи по-голямата част от пепелта на мазута. Останалата част от пепелта се получава в резултат на изгарянето на металоорганични съединения явяващи се част от горимата маса на мазута. В структурата на тези съединения се включват атоми на редица метали като: ванадий, никел, желязо и др. Мазутът се характеризира с не високо пепелно съдържание, което обикновено не превишава 0,10,3 %. То се повишава с повишаване вискозитетът на мазута. Съдържанието на вода в мазута се променя в доста широки граници – от 0,5 до 5 %, а в отделни случаи и повече. Водосъдържанието на мазута се повишава при операциите свързани с доставка и прием (най-вече при използуване на пара за подгряване на мазута при извършване на тези операции). При изгаряне на мазут с високо съдържание на вода (4 10 %) се увеличават топлинните загуби с изходящи газове при работа на котлите, нараства аеродинамичното съпротивление по пътя на газовете и разхода на енергия за собствени нужди, намалява теоретичната температура на горене и топлоотдаването в пещната камера. Повишеното съдържание на вода в сернистите мазути увеличава корозионното разрушаване на мазутопроводите и арматурата в следствие разтварянето във водата на някои агресивни серни съединения (като например сероводорода).

Съдържанието на сяра в мазута е в пряка зависимост от съдържанието и в нефта, от който е бил получен. Делът на сярата в нефта достига до 7 %, а общото съдържание на сернисти съединения в него – до 30 %. В зависимост от сярното съдържание мазутът се класифицира на нискосернист (за който S r 0,5 %), сернист (S r = 0,5 2,0 %) и високо сернист (S r> 2,0 %). Мазутът е висококачествено енергийно гориво с висока стойност на топлината на изгаряне( 40 000 kJ/kg).

За експресно определяне съдържанието на въглерод и водород в течните горива (включително мазут) се използува статистически определената взаимовръзка C r, H r = f (S r, 15), където 15 е плътността на течното гориво при температура 15C (фиг. 7.1.3.). На базата на подобни взаимовръзки може да бъде експресно пресметната и топлината на изгаряне тези горива в зависимост плътността им и от съдържанието на сяра. Зависимостите Qri, QrS = f (Sr, 15) са илюстрирани на фиг. 7.1.4.

Фиг.7.1.3. Съдържание на C и H в течни горива от нефт в зависимост от плътността на 15 и съдържанието на S r .




Фиг.7.1.4. Течни горива, Q ir = f ( 15, S r)


7.1.3.2. Топлофизични свойства
Основните топлофизични свойства, имащи отношение към използваемостта на мазута като енергийно гориво са: вискозитет, плътност, коефициент на обемно разширение, специфичен топлинен капацитет, пламна температура, температура на втвърдяване и коефициент на топлопроводност.

Вискозитетът характеризира съпротивлението на флуидите при движение и зависи от силите на вътрешно триене и сцепление. Като физични величини са въведени понятията динамичен и кинематичен вискозитет. На практика за охарактеризиране на течните горива се използува само кинематичния вискозитет , m2/s. Широко използуван е и т.н. условен вискозитет измерващ се с енглерови градуси - Е. Условният вискозитет се определя като съотношение между времето за изтичане на определен обем от изпитваното гориво през специален уред (вискозиметър на Енглер) и времето за изтичане на същия обем дестилирана вода при приети стандартни температури. Пресмятането на кинематичния вискозитет на базата на експериментално определения условен вискозитет по Енглер се извършва по формулата:



Вискозитетът на нефтените фракции получавани в нефтопреработвателните предприятия зависи от техните температури на кипене, т.е. от химичния им състав. Колкото е по-висока температурата на кипене на дадена нефтена фракция, толкова е по-висок нейния вискозитет. Тъй като мазутът се получава при най-високия температурен интервал на кипене, то неговия вискозитет е по-висок от този на по-леките фракции нефтопродукти.

Вискозитетът на мазута зависи главно от следните фактори: температура, налягане, предварителна термообработка. С увеличаване на температурата вискозитетът намалява, като се счита, че в логаритмична координатна система връзката има линеен характер. С увеличаване на налягането вискозитетът на мазута (както и на другите нефтопродукти) също намалява. Установено е, че колкото е по-сложен молекулния строеж на мазутните компоненти, толкова по-силно е влиянието на налягането върху вискозитета. Предварителното подгряване на мазута (свързано с товаро-разтоварни операции) също променя вискозитетните му свойства. Това е характерно особено за мазут с по-високо съдържание на парафини. Наблюдава се т.н. аномалия на вискозитета, изразяваща се в това, че след термообработка или механично въздействие, вискозитетът намалява стойността си (за същата температура) в сравнение с тази преди обработката. След време първоначалната стойност на вискозитета се възстановява.

Стойността на вискозитета при мазута (разглеждан като енергийно гориво), характеризира енергийните загуби при транспортирането му по тръбопроводи, както и продължителността на товаро-разтоварните операции. Вискозитетът влияе върху скоростта на отлагане на механични примеси при съхранение, транспорт и подгряване на мазута, а също и върху ефективността на работа на горелките. Съществуват максимални (гранични) стойности на вискозитета на течните горива при които съоръженията за транспортирането и изгарянето им могат да работят. Например за горелките с механично разпръскване тази стойност е около 24.10-6m2/s (3,5E), а за центробежните помпи 225.10-6 m2/s (30E). В таблица 7.1.4. са представени основните изчислителни характеристики на основните марки мазут използувани у нас. Характеристиката залегнала в обозначаването (марката) на мазута е кинематичния му вискозитет в енглерови градуси.



.

Каталог: files -> files
files -> Р е п у б л и к а б ъ л г а р и я
files -> Дебелината на армираната изравнителна циментова замазка /позиция 3/ е 4 см
files -> „Европейско законодателство и практики в помощ на добри управленски решения, която се състоя на 24 септември 2009 г в София
files -> В сила oт 16. 03. 2011 Разяснение на нап здравни Вноски при Неплатен Отпуск ззо
files -> В сила oт 23. 05. 2008 Указание нои прилагане на ксо и нпос ксо
files -> 1. По пътя към паметник „1300 години България
files -> Георги Димитров – Kreston BulMar
files -> В сила oт 13. 05. 2005 Писмо мтсп обезщетение Неизползван Отпуск кт


Сподели с приятели:
1   2   3   4




©obuch.info 2024
отнасят до администрацията

    Начална страница