В котельных установках промышленных
а) бурые 
%;
б) каменные 
%;
в) антрациты %;
д) полуантрациты %;
з) горючие сланцы 
%;
к) торф 
%.
Используется также промпродукт – высокозольные отходы углеобогащения и шлам, образующийся при мокром обогащении углей 
Применяются различные заменители твердого топлива – брикеты из угля 
, брикеты из торфа 
, городской мусор 
и другие отходы.
На промышленных предприятиях в котельных установках в качестве жидкого топлива продолжает ещё использоваться мазут – остаточный продукт нефтепереработки 
. В соответствии с ГОСТ 10585-75 применяются топочные мазуты марок 40 В с государственным знаком качества и 40,100 В с государственным знаком качества и 100.
2.1 Газообразное топливо
Газообразное топливо – это различные горючие газы. Применяют:
а) природные газы 
;
б) попутные газы 
;
в) промышленные газы:
1) доменный 
;
2) коксовый 
.
В состав газа входят: метан (СН4), углеводороды высших порядков (SСmHn), водород (H2 ), азот (N), углекислый газ (СО2), сероводород (H2S).
Если состав твердых и жидких топлив задан в процентах на горючую массу, то при определенных значениях рабочей зольности и влажности АР и WP, %, состав топлива на рабочую массу можно определить умножением имеющихся значений Сr, Hr, Or, Nr, 
т.е. 
и т.д.
При этом
СР+НР+ОР+NP+
Пересчет теплоты сгорания с известной горючей массы 
, МДж/кг, может быть выполнен по формуле
Теплота сгорания газообразного топлива 
где СO, H2, H2S, CH4 – объемное содержание в топливе отдельных компонентов, %;
QCO,
, 
В котлах сжигают также смесь топлив. При сжигании смеси двух топлив (твердых или жидких) теплоту сгорания 1 кг смеси
где
- теплоты сгорания компонентов смеси, МДж/кг.Если смесь задана в долях по тепловыделению входящих в ее состав топлив, то для перехода к массовым долям используется формула
где
При сжигании смеси твердого или жидкого топлива с газообразным расчеты условно ведут на 1кг твердого или жидкого топлива с учетом приходящегося на него количества газообразного топлива. Условная теплота сгорания смеси топлив подсчитывается по формуле
где
х – количество газа, приходящегося на 1 кг твердого или жидкого топлива, м3/кг.
Если смесь твердого или жидкого топлива с газом задана в долях по тепловыделению каждого вида топлива, то количество газа, приходящееся на 1 кг твердого или жидкого топлива, составляет
где
При оценке эффективности использования топлива применяют понятие об условном топливе. При расходе реального топлива В, кг/с, с теплотой сгорания
Для сравнения различных топлив, сжигаемых в котлах, применяют приведенные характеристики топлива, % кг/МДж:
- приведенная зольность
- приведенная влажность
- приведенная серность
показывающие количество золы, влаги и серы, приходящиеся на 1 МДж топлива.
2.2 Материальный баланс котельной установки
На рисунке 2. 1 показана схема материальных балансов рабочих веществ в котле.
В приходной части баланса процесса горения – количество топлива В, кг/с, и окислителя – воздуха LВ, кг/с, организованно поступающих в топку для сжигания, а также воздух, подсасываемый по тракту котла в топку ?L1, и балластный воздух ?L2 и ?L3 , не участвующий в процессе горения топлива.
В расходной части материального баланса (в общем виде) – газообразные продукты сгорания, покидающие котел, Lr, кг/с, и твердые минеральные остатки – зола (шлак), выпадающие по тракту ( Gзл1, Gзл2), улавливаемые в золоуловительной установке (Gзл3) и уносимые газообразными продуктами сгорания (Gзл4), кг/с.
В общем случае уравнение материального баланса процесса горения топлива в котле имеет вид
При работе на газообразном топливе в этом уравнении не содержатся члены, характеризующие твердые минеральные составляющие. При работе котла под наддувом отсутствуют присосы воздуха.
При определении расхода окислителя (кислорода, воздуха) учитывают, что для твердого и жидкого топлив, состав рабочей массы которых задается в процентах, горючими составляющими являются углерод, водород и сера:
В соответствии с результативной стехиометрической реакцией
C + O2 = CO2
12кг + 32кг = 44кг
для сжигания 1 кг C до CO2 требуется кислорода :
где 1,428 - плотность кислорода, кг/м3.
Для газообразного топлива, состав которого задается в объемных долях(%), CO + H2 + H2S + ?CmHn + CO2 + N2 + O2 = 100, горючими составляющими являются CO, H2, H2S и различные углеводороды CmHn :
CO + H2 + H2S + ?CmHn
+ CO2 + N2 + O2 = 100
В соответствии с результативной реакцией
CO + 0,5 O2 = CO2
на 1 м3 CO затрачивается
кислорода.
Теоретический расход кислорода
а для сгорания 1 м3 газообразного топлива, м3/м3,
(2.15)При использовании атмосферного воздуха (О2 = 21%) его теоретический расход на горение составляет, м3/кг
В связи с этим при сжигании твердого или жидкого топлива теоретическое количество расходуемого на горение сухого воздуха
а при сжигании сухого газообразного топлива, м3/м3
Так как обеспечить идеальное смешение воздуха с топливом в процессе подготовки топлива к сжиганию не удается, то для более полного выгорания топлива воздух в топку котла подают в количестве
.Действительное количество воздуха, поступающего в топку, м3/кг
Коэффициент избытка воздуха ?т =
зависит от вида сжигаемого топлива, его качества, степени измельчения, способа сжигания, а также от конструкции топочного устройства и составляет 1,01 – 1,5. Чем благоприятнее условия для смешения газообразного окислителя с горючими элементами топлива, тем значением ?т может быть меньшим.В котельных установках, работающих под разрежением, в газоходах за топкой коэффициент избытка воздуха обычно возрастает из-за присоса холодного воздуха, что определяется недостаточной герметизацией лючков, гляделок, обмуровки и т.п. В связи с этим в уходящих газах коэффициент избытка воздуха ?у.г. > ?т
?у.г. = ?т + ? ??. (2.19)
Присосы воздуха в газоходы котла являются нежелательными.
Они приводят к снижению температурного уровня газов, что ухудшает теплопередачу, а также к увеличению их объема, что повышает расходы энергии на удаление продуктов сгорания.
Присос воздуха по элементам котла и газоходам, находящимся под разрежением, а также в пылеприготовительную установку составляет
?? = 0 ÷ 0,2 .
При работе котла под давлением в газовом тракте присос воздуха отсутствуют.
2.3 Состав и количество продуктов сгорания
В общем случае в топке котла газообразные продукты сгорания, представляемые суммой объемов отдельных газов на единицу количества топлива, могут содержать, м3/кг ( м3 / м3
) :
Vг = VCO2 + VSO2 + VCO + VH2 + ?VCmHn + VN2 + VO2 + VH2O (2.20)
В выражение входят продукты полного сгорания (CO2, SO2, H2O) и неполного (CO, H2, CmHn) сгорания топлива, а также избыточный воздух
(O2 N2).
При разделении продуктов сгорания на сухие газы и водяные пары можно записать :
Vг = Vс.г. + VН2O = VRO2 + VCO + VN2 + VO2 + VH2O, (2.21)
где VRO2 - объем трехатомных газов.
Дальнейшая часть сводится к расчету используя эмпирические уравнения:
VRO2 ,
V?N2 ,
V?H2O .
Определяем Vг как сумма сухих газов и H2O
Vг = Vc.г. + VH2O
, (2.22)
при ? > 1
Vс.г. = VRO2 + V?N2 + (? – 1) V?в , (2.23)
VH2O = V?H2O + 0,0161 (? – 1) V?в , (2.24)
Vг = VRO2 + V?N2 + VH2O + (? – 1) V?в (2.25)
2.4 Энтальпия продуктов сгорания и диаграмма
В общем случае энтальпия продуктов сгорания
I = Iг + Iзл (2.26)
При ? = 1
I?г = VRO2(ct)RO2 + V?N2(ct)N2+ V?H2O(ct)H2O + Iзл (2.27)
Энтальпия золы, МДж/кг
где
Поскольку коэффициент избытка воздуха изменяется по газоходам котла, то
Iг = I?г + (? – 1) I?в , (2.29)
Энтальпия теоретически необходимого воздуха :
I?в = I?в (ct)в (2.30)
По указанным формулам вычисляют энтальпии для разных ? и строят I,t – диаграмму( Рис. 2.2) .
|
|
1— топочная камера; 2 — испарительные поверхности нагрева; 3— экономайзер; 4 — пароперегреватель; 5 — воздухоподогреватель; 6 —золоуловитель
 |
1 – область температур для воздухоподогревателя, 2 – для экономайзера,
3 – для пароперегревателя, 4 – для котельного пучка (фестона),
5 – для топки.
Рисунок 2.2 - Примерный характер I, t-диаграммы
