Лекция По теме: «Способы сжигания топлива в топке котла»

1 ВИДЫ ТОПЛИВА

Твёрдое топливо - горючие вещества, основной составной частью которых является углерод. К твердому топливу относят каменный уголь и бурые угли, горючие сланцы, торф и древесину. Свойства топлива в значительной степени определяются его химическим составом - содержанием углерода, водорода, кислорода, азота и серы. Одинаковые количества топлива дают при сжигании различное количество теплоты. Поэтому для оценки качества топлива определяют его теплотворную способность, то есть наибольшее количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании 1 кг топлива (наибольшая теплотворная способность у каменного угля). В основном твёрдое топливо применяют для получения теплоты и других видов энергии, которые затрачиваются на получение механической работы. Кроме того, из твёрдого топлива при его соответствующей обработке (перегонке) можно получить более 300 различных химических соединений, большое значение имеет переработка бурого угля в ценные виды жидкого топлива - бензин и керосин.

Брикеты

Брикеты - это твердое топливо, образованное в процессе сжатия отходов процесса деревообработки (стружка, щепки, древесная пыль) а также хозяйственные отходы (солома, шелуха), торфа.

Топливные брикеты удобны для хранения, при изготовлении не используются вредные связующие вещества, потому данный вид топлива экологически чист. При горении не искрят, не выделяют чадного газа, горят равномерно и плавно, чем обеспечивают достаточно долгий процесс сгорания в камере котла. Помимо твердотопливных котлов используются в домашних каминах и для приготовления пищи(на гриле например).

Существует основных 3 вида брикетов:

1. RUF-брикеты. Формированные "кирпичики" прямоугольной формы.

2. NESTRO -брикеты. Цилиндрической формы, также могут быть с отверстиями внутри (кольца).

3. Рini&Кау - брикеты. Граненые брикеты (4,6,8 граней).

Преимущества топливных брикетов:

1. Экологически чисты.

2. Долгое и удобное хранение. Благодаря термической обработке не подвержены воздействию грибков. А благодаря формированию удобно используются.

3. Долгое и ровное горение обусловлено высокой степенью плотности брикетов.

4. Высокая теплотворность. Почти в два раза выше чем у обычных дров.

5. Постоянная температура горения. За счёт равномерной плотности.

6. Экономически выгодны.

7. Минимальное количество золы после горения: 1-3%

Пеллеты или топливные гранулы.

По сути тот же принцип производства что и у брикетов. В качестве связующего вещества используется лигнин (растительный полимер).

Материалы те же что и у брикетов: кора, стружка, солома, картон. Сначала сырьё измельчается до состояния пыльцы, затем, после сушки, специальный гранулятор формирует из массы гранулы специальной формы. Используется в пеллетных котлах отопления. Цены на твёрдое топливо данного вида самые высокие - это обосновано сложностью производства и популярностью у покупателей.

Различают следующие виды данного твердого топлива:

1. Переработка кругляка твердых и мягких пород деревьев в пеллеты.

2. Торфяные пеллет

3. Пеллеты полученные в результате переработки подсолнечной шелухи.

4. Пеллеты из соломы

5. Преимущества пеллет:

6. Экологически чисты.

7. Хранение. Пеллеты благодаря особой технологий производства могут храниться прямо под открытым небом. Они не разбухают, не покрываются грибком.

8. Долгое и ровное горение.

9. Низкая стоимость.

10. Благодаря мелкой форме, пеллеты подходят для котлов с автоматической загрузкой.

11. Широкий спектр применения(котлы, печи, камины)

Дрова

Деревянные куски, предназначенные для получения тепла путём сжигания в котлах для отопление на твердом топливе, топках предусмотренных для дров. Для удобства длина поленьев чаще всего 25-30 см. Для наиболее эффективного использования' необходим максимально низкий уровень влаги. Для отопления необходимо как можно более медленное сгорание. Также помимо отопления, дрова могут использоваться например в бойлерах для твёрдого топлива. Лучше всего по этим параметрам подходят лиственные породы: дуб, ясень, лещина, боярышник, берёза. Хуже - хвойные дрова, так как способствуют отложению смолы и имеют низкую теплотворность, при этом быстро прогорают.

Дрова представлены двумя видами:

1. Пиленные.

2. Колотые.

2 СОСТАВ ТОПЛИВА

Для образования угля необходимо обильное накопление растительной массы. В древних торфяных болотах, начиная с девонского периода, накапливалось органическое вещество, из которого без доступа кислорода формировались ископаемые угли. Большинство промышленных месторождений ископаемого угля относится к этому периоду, хотя существуют и более молодые месторождения. Возраст самых древних углей оценивается примерно в 350 миллионов лет. Уголь образуется в условиях, когда гниющий растительный материал накапливается быстрее, чем происходит его бактериальное разложение. Идеальная обстановка для этого создаётся в болотах, где стоячая вода, обеднённая кислородом, препятствует жизнедеятельности бактерий и тем самым предохраняет растительную массу от полного разрушения? На определённой стадии процесса выделяемые в ходе его кислоты предотвращают дальнейшую деятельность бактерий. Так возникает торф - исходный продукт для образования угля. Если затем происходит его захоронение под другими наносами, то торф испытывает сжатие и, теряя воду и газы, преобразуется в уголь. Под давлением наслоений осадков толщиной в 1 километр из 20- метрового слоя торфа получается пласт бурого угля толщиной 4 метра. Если глубина погребения растительного материала достигает 3 километров, то такой же слой торфа превратится в пласт каменного угля толщиной 2 метра. На большей глубине, порядка 6 километров, и при более высокой температуре 20-и метровый слой торфа становится пластом антрацита толщиной в 1,5 метра. В результатах движения земной коры угольные пласты испытывали поднятие и складкообразование. С течением времени приподнятые части разрушались за счет эрозии или самовозгорания, а опущенные сохранялись в широких неглубоких бассейнах, где уголь находится на уровне не менее 900 метров от земной поверхности.

Бурые угли. Содержат много воды (43 %), и поэтому имеют низкую теплоту сгорания. Кроме того, содержат большое количество летучих веществ (до 50 %). Образуются из отмерших органических остатков под давлением нагрузки и под действием повышенной температуры на глубинах порядка 1 километра.

Каменные угли. Содержат до 12 % влаги (3-4 % внутренней), поэтому имеют более высокую теплоту сгорания. Содержат до 32 % летучих веществ, за счёт чего неплохо воспламеняются. Образуются из бурого угля на глубинах порядка 3 километров.

Антрациты. Почти целиком (96 %) состоят из углерода. Имеют наибольшую теплоту сгорания, но плохо воспламеняются. Образуются из каменного угля и в виде окислов НО_х. Они относятся к вредным составляющим продуктов сгорания, количество которых должно лимитироваться.

Сера - содержится в твердом топливе в виде органических соединений SO и колчедана S_x их объединяют в летучую серу S_л. Еще сера входит в состав топлива в виде сернистых солей - сульфатов - не способных гореть. Сульфатную серу принято относить к золе топлива. Присутствие серы значительно снижает качество твердого топлива, так как сернистые газы SO₂ и SO₃ соединяясь с водой образуют серную кислоту - которая в свою очередь разрушает метал котла, и попадая в атмосферу вредит окружающей среде. Именно по этой причине содержание серы в топливе - не только в твердом - крайне нежелательно.

Зола - топлива представляет собой балластную смесь различных минеральных веществ, остающихся после полного сгорания всей горючей части города. Зола непосредственно влияет на качество сгорания топлива - уменьшает эффективность горения.

Вопросы:

1. Назовите основные виды твердого топлива?

2. Что такое зола?

3 ПРИМЕНЕНИЕ ТОПЛИВА

Применение каменного угля многообразно. Он используется как бытовое, энергетическое топливо, сырье для металлургической и химической промышленности, а также для извлечения из него редких и рассеянных элементов . Очень перспективным является сжижение ( гидрогенизация) угля с образованием жидкого топлива. Для производства 1 тонны нефти расходуется 2-3 тонны каменного угля, некоторые страны практически полностью обеспечивали себя топливом за счёт этой технологии. Из каменных углей получают искусственный графит .

От каменного угля бурый уголь внешне отличается цветом черты на фарфоровой пластике - она всегда бурая. Самое важное отличие от каменного угля заключается в меньшем содержании углерода и значительно большем содержании битуминозных летучих веществ и воды. Этим и объясняется , почему бурый уголь легче горит, даёт больше дыма, запах, а также и вышеупомянутую реакцию с едким калием и выделяет мало тепла. Из-за высокого содержания воды для сжигании его применяют в порошке ,в который он неминуемо превращается при сушке. Содержание азота значительно уступает каменным углям, но повышенное содержание серы.

Применение бурого угля - как топливо, бурый уголь во многих странах употребляется значительно меньше , чем каменный уголь, однако из-за низкой стоимости в мелких и частных котельных он более популярен и занимает иногда до 80%. Применяется для пылевидного сжигания (при хранении бурый уголь высыхает и рассыпается ), а иногда и целиком. На небольших провинциальных ТЭЦ он также нередко сжигается для получения тепла .Однако в Греции и особенно в Германии бурый уголь используется в паровых электростанциях вырабатывая, до 50% электроэнергии в Греции и 24,6 % в Германии. С большой скоростью распространяется получение жидких углеводородных топлив из бурого угля перегонкой. После перегонки остаток годится для получения сажи. Из него извлекают горючий газ, получают углещелочные реагенты и метан- воск (горный воск). В мизерных количествах он применяется и для поделок.

Торф - горючее полезное ископаемое, образующееся в процессе естественного отмирания и неполного распада болотных растений в условиях избыточного увлажнения и затрудненного доступа воздуха. Торф представляет собой продукт первой стадии угле образовательного процесса. Первые сведения о торфе как о «горючей земле», применяемой для приготовления пищи относятся к 26 веку нашей эры .

Осадочная порода растительного происхождения, состоит из углерода и других химических элементов. Состав угля зависит от возраста: старше всех антрацит, моложе каменный уголь, самый молодо- бурый. В зависимости от старения имеет разную влажность .Чем моложе - тем больше влаги. Уголь в процессе горения загрязняет окружающую среду, плюс спекается в шлак и оседает на колосниках в котле. Это в препятствует нормальному горению.

Вопросы:

1. Область применения топлива?

2. Наносит ли вред окружающей среде сжигание топлива, и какой вид наиболее?

4 СПОСОБЫ СЖИГАНИЯ ТОПЛИВА

Существует три способа сжигания топлива: слоевое, факельное или камерное и вихревое.

1 - колосниковая решетка; 2 - дверка запальника; 3 - загрузочная дверка; 4 - поверхности нагрева; 5 - топочная камера.

Рисунок 4.1 - Схема слоевой топки

На данном чертеже показан слоевой способ сжигания топлива, где слой кускового топлива лежит неподвижно на решетке и продувается воздухом.

Слоевой способ применяется для сжигания твердого топлива.

А здесь показан факельный и вихревой способ сжигания топлива.

1 - горелка; 2 топочная камера; 3 - обмуровка; 4 - топочный экран; 5 - потолочный радиационный пароперегреватель; 6 - фестон.

Рисунок 4.2 - Камерная топка

Рисунок 4.3 - Вихревой способ сжигания топлива

При факельном и вихревом способе могут сжигаться все виды топлива, только твердое топливо предварительно подвергается разлому, превращая его в пыль. При сжигании топлива все тепло передается продуктам сгорания. Такая температура называется теоретической температурой горения топлива.

В промышленности для сжигания твердого топлива используются котлы непрерывного действия. Принцип непрерывности поддерживается за счет колосниковой решетки, на которую постоянно подается твердое топливо.

Для более рационального сжигания топлива сооружаются котлы, которые способны сжигать его в пылеобразном состоянии. Таким же образом сжигается и жидкое топливо.

Вопросы:

1. Какой способ сжигания наиболее рациональный?

2. Объяснить достоинства камерного способа сжигания.

5 РАБОЧИЕ ПРОЦЕССЫ В КОТЛАХ

Рабочие процессы в котлах:

• Образования пара

• Коррозия поверхностей нагрева

В котельных установках происходят такие процессы как образование пара:

• Условия, при которых происходит образование пара в котлах - постоянное давление и непрерывный подвод тепла.

• Стадии процесса парообразования: подогрев воды до температуры насыщения, парообразование и нагрев пара до заданной температуры.

Еще в котлах можно наблюдать коррозию поверхностей нагрева:

• Разрушение металла под действием окружающей среды называют коррозией.

Коррозия со стороны продуктов сгорания называется - наружной, а со стороны нагреваемой среды - внутренней.

Существует низкотемпературная и высокотемпературная коррозия.

Чтобы уменьшить разрушающую силу коррозии, необходимо следить за водным режимом котла. Поэтому сырую воду перед использованием для питания котлов предварительно обрабатывают с целью улучшения ее качества.

Качество котловой воды характеризуется сухим остатком, общим солесодержанием, жесткостью, щелочностью и содержанием коррозионноактивных газов

• Натрий-катионный фильтр - где происходит очистка воды

• Деаэратор - происходит удаление агрессивных средств, кислорода воздуха и углекислого газа.

• Образцы труб, которые снаружи и внутри подверглись коррозии.

Коррозия поверхностей нагрева

Внутренняя коррозия паровых и водогрейных котлов в основном бывает следующих видов: кислородная, пароводяная, щелочная и подшламовая.

Основным появлением кислородной коррозии являются язвы, обычно с оксидами железа.

Пароводяная коррозия наблюдается при работе котлов с повышенными тепловыми нагрузками. В результате этой коррозии, на внутренних поверхностях экранных труб и хрупких повреждений в местах упаривания котловой воды.

В результате подшламовой коррозии образуются раковины.

Наружная коррозия может быть низкотемпературной и высокотемпературной.

Низкотемпературная коррозия может происходить при сжигании любого топлива. Высокотемпературная коррозия может происходить при сжигании мазутов.