Расчёт процесса горения топлива

 В  зависимости от химического состава  и свойств мазут может быть  использован как жидкое котельное  топливо, для получения дистиллятных и остаточных смазочных масел, для крекинга или гидрирования с целью получения моторного топлива (бензина, дизельного топлива), для производства битумов, кокса и других целей.

Жидкое  котельное топливо, применяемое  в стационарных котельных установках, на морских и речных судах и  в промышленных печах различного назначения. В зависимости от вида жидкое котельного сырья бывают: нефтяные, получаемые из нефтяных остатков; сланцевые, состоящие из смол полукоксования сланцев, и угольные, представляющие собой тяжёлые фракции смол полукоксования углей. Топлива различаются по вязкости, содержанию серы, золы, температуре застывания, теплоте сгорания и др. свойствам. Большинство жидкое котельное топливо составляют нефтяные топлива, которые, в свою очередь, подразделяются по содержанию серы (в %) на малосернистые (0,5), сернистые (2) и высокосернистые (до 3,5). Низкое содержание серы особенно важно для топлив, используемых в промышленных печах (мартены и др.). Преимущество жидкое котельное топливо перед твёрдыми определяется их высокой теплотой сгорания - 37-42 Мдж/кг (9000-10 000 ккал/кг), удобством транспортировки и хранения, простотой подачи топлива в топку, точностью регулировки термического режима установки и др. В этом отношении жидкое котельное топливо уступает лишь газообразному топливу.

Основные  свойства мазута: плотность при 20 890-1000 кг/м³, теплота сгорания 38-42 Мдж/кг (9100-10000 ккал/кг); вязкость условная 5-15 при 50 ; поверхностное натяжение 0,03-0,04 дж/м² (30-40 эрг/см; 40 ); теплота испарения 170-210 кдж/кг (40-50 ккал/кг); содержание серы 0,8-3,5%, смол до 60%, золы 0,1-0,5%. Наименьшую зольность должен иметь мазут, используемый в качестве топлива для газовых турбин (при этом в золе должно быть не более 0,001% ванадия и 0,0005% натрия, особенно опасных в коррозионном отношении элементов).

Процесс горения жидкого топлива

Горение – быстропротекающая реакция, сопровождающаяся выделением тепла и света. При горении жидкого топлива существенное значение имеет процесс его испарение, так как горение его происходит в парогазовой фазе. Температура кипения жидкого топлива значительно ниже температуры воспламенения, поэтому оно воспламеняется после предварительного испарения. Интенсивность испарения увеличивается с усилением подвода теплоты. Площадь поверхности испарения топлива увеличивается с усилением подвода теплоты и с ростом относительной площади поверхности горящего топлива. Эта площадь поверхности многократно возрастает при распыливании или пульверизации жидкого топлива. Так как жидкие микрочастицы находятся во взвешенном состоянии в газовой среде, создаются благоприятные условия для их быстрого нагревания.

При температурах до 500..600°С образуются простейшие углеводороды, легко окисляющиеся в и . При более высоких температурах дополнительно образуются труднодосжигаемые соединения, такие как сажистый углерод и тяжёлые высокомолекулярные углеводороды. Чтобы предотвратить их образование, принимают меры, способствующие усиления окислительных процессов. Наличие сажистого углерода делает факел горящего топлива светящимся.

Форсунки низкого давления

Жидкое топливо сжигается  в печах при помощи форсунок. Простейшая форсунка представляет собой две  трубки разного сечения, вставленные  одна в другую. По внутренней трубке под давлением 1 —1,5 атм подается мазут, по наружной — воздух. При выходе из трубки мазут подхватывается струей воздуха и распыляется на мельчайшие капли. Капли мазута, перемешанные с воздухом, попадают в раскаленное печное пространство и воспламеняются. Чем мельче капельки, тем лучше идет горение мазута. Для полного сжигания мазута необходимо, чтобы форсунка была правильно установлена — по центру отверстия в стене печи, а конец сопла находился на одной линии с наружной стенкой печи. Мазут предварительно подогревают до температуры около 70°, чтобы он стал менее вязким (более текучим).

Форсунки бывают низкого  и высокого давления. В первых распыливание мазута производится вентиляторным воздухом давлением до 1000 мм водяного столба, во вторых — сжатым воздухом от компрессора давлением от 0,5 до 8 атм. Лучшее распыливание обеспечивают форсунки высокого давления. Но при этом они расходуют дорогой компрессорный воздух.

Давление в технике  измеряется в технических атмосферах. Одна атмосфера равна давлению в 1 кг на площадь в 1 см², или давлению столба воды высотой 10 м (10 000 мм). Таким образом, давление в 1000 мм водяного столба равно 1/10 атмосферы, 500 мм — 1/20 атмосферы и т. д.

В форсунках низкого  давления основная масса воздуха, а  иногда и весь воздух, необходимый  для горения, подается через форсунку. Это обеспечивает лучшее перемешивание  мазута с воздухом и удобное регулирование. В форсунке высокого давления через нее подается от 8 до 10% воздуха, необходимого для горения. Остальной воздух засасывается (инжектируется) через форсуночное отверстие или специальные каналы в стенках печи.

На рисунке показана форсунка низкого давления конструкции Сталь-проекта. Мазут по мазуто-проводу 1 под давлением поступает в канал 2 сердечника форсунки и далее в конический наконечник 3, имеющий калиброванное отверстие. Воздух, поступающий по воздухо-подводящей трубе 5, проходит через кольцевую щель 4. При этом он захватывает и распыляет мазут. Количество поступающего мазута регулируется при помощи иглы 6, подача воздуха — изменением величины щели 4 за счет фиксируемого перемещения конического наконечника.

Расчет процесса горения  мазута.

Исходные данные:

Коэффициент расхода воздуха а=1,15

Состав топлива:

С^г = 87,4%

Н^г = 11,2%

О^г = 0,8%

N^г= 0,2%

S^г = 0,4%

A^р = 0,3%

W^р = 2,0%

Пересчёт состава  топлива на рабочую массу.

Пересчитаем состав топлива на рабочую массу, в %:

Итого…………………………………………………………………………………..100%

 

Количество продуктов  горения.

 

 

 

 

 

Общее количество газов от горения находим по формуле

Определение состава  и плотности продуктов сгорания.

Плотность продуктов  горения по формуле

Материальный  баланс.

Приход, кг

1.Мазут…………………..............................1

2.Воздух……………………………………...

Итого……………………………………...….17,31

Расход, кг

1.Газообразные  продукты горения…………

2.Зола топлива……………………………….0,33

Итого……………………………………...….17,31

Определение теоретической и балансовой температуры  горения.

Теоретическая температура горения мазута определяется по формуле:

Вначале вычисляем  физическое тепло, вносимое мазутом  и воздухом:

Приняв приблизительное  значение теоретической температуры горения мазута 2100 , найдем тепло, идущее на диссоциацию . По графику на рисунке 1 при и парциальном давлении величина a=0.06  и b=0.2.

 

Тогда:

 

 

                                                                        Рис 1.

При условии  найдем значение с помощью развернутого расчета по теплоемкостям отдельных газовых составляющих (теплоемкости берем из справочника):

При этом значении находим t теоретическую:

Это значение можно считать окончательным, так  как оно отличается от принятого  для расчета диссоциации и теплоемкостей в на 22,61 .

Практическая  температура горения мазута в  металлургической печи при величине пирометрического коэффициента определяется по формуле:

Состав  топлива:

С^г = 85,4%,

Н^г = 10,95%,

= 0,98%,

S^г = 0,4%,

A^р = 0,3%,

W^р = 2,0%.

=9310 ккал/кг, =12.34 ,

Состав  продуктов сгорания : , Теоретическая температура горения при а=1,15, : . Теплосодержание продуктов 9670 ккал.

Заключение.

В ходе выполнения данной курсовой работы были получены практические навыки расчёта  процесса горения топлива, что является одной из важнейших задач при  проектировании печных агрегатов, работающих благодаря тепловой энергии, полученной от процесса горения. Также был изучен основной теоретический материал, связанный  с процессом горения топлива в целом и мазута в частности. 

 Список использованной литературы.

1. Металлургические печи. Д.А. Диомидовский, ,  М., «Металлургия» 1970.
2. «Топливо и его сжигание»,Линчевский, М, «Металлургия» 1959. 
3. Краткий справочник физико - химических величин. А.А. Равдель, А.М. Пономарева, Л., «Химия» 1983.
4. http://delta-grup.ru/bibliot/37/21.htm