Механическая неполнота сгорания

Главная » Статьи »  Механическая неполнота сгорания

Механическая неполнота сгорания

При рассмотрении отдельных составляющих уравнения баланса тепла котельной установки можно выделить две потери, целиком зависящие от топлива, способа его сжигания, конструкции топки и ее обслуживания, - это химическая и механическая неполнота сгорания и их потери. Механическая неполнота сгорания, как уже указывалось, расчленяется на три части: потеря от провала топлива через зазоры колосниковой решетки, потери в шлаках и с уносом. Потеря от провала при правильном конструировании полотна решетки обыкновенно незначительна и в балансе тепла колеблется в пределах, равных 0,5÷2,0%. Потеря в шлаках, особенно для многозольного топлива, может достигать довольно больших размеров. Наблюдается прямая зависимость между количеством золы в топливе и потерей со шлаками.

Чем выше зольность, тем большее количество твердых частиц топлива в слое не сгорит вследствие обволакивания шлаком, затрудняющим доступ к ним воздуха. У топлива, имеющего малый выход летучих, горение, как известно, сосредоточивается в слое, там развиваются высокие температуры, плавится шлак и в его массу попадает часть горючего. Если сжигается топливо с большим выходом летучих, то из-за пониженных температур в слое, охлаждаемом в таком случае воздухом, идущим для сжигания летучих в топочном пространстве, шлаки скорее затвердеваают (гранулируются), не сильно облепляют кусочки топлива и потеря горючего со шлаками уменьшается.

При сжигании топлива на простых решетках с периодической чисткой шлака последний долгое время находится на решетке, что способствует лучшему выжиганию из шлака частичек горючего. На размерах потери со шлаком главным образом сказывается ра бота кочегара, который при чистке должен суметь отделить шлак от угля. Путем улучшения условий сжигания, выделения, например, в механических топках особого участка, предназначенного для выжигания из шлака частичек попавшего в них топлива, удается по большей части довести и эту составляющую механического недожога до сравнительно небольших размеров. Гораздо сложнее бороться с последней потерей - уносом горючих частичек в газоходы и трубу. При неспекающемся коксе топлива (а энергетические угли по большей части обладают таким коксом) потеря от уноса топлива сильно возрастает, причем чем больше в топливе будет мелочи, тем больше мелких кусочков будет вынесено потоком газов в газоходы установки. Мелочь топлива, обладающего неспекающимся коксом, выносится из слоя воздухом и газами. Наиболее мелкие фракции мелочи сгорают в топочном пространстве, а остальные начинают подпрыгивать на решетке, причем чем мельче куски, тем на большую высоту куски будут подниматься при их движении вверх и вниз. Часть твердых частиц топлива залетает в междуутрубное пространство котла, где вследствие уменьшившегося живого сечения скорости газов резко повышаются, захватывают с собой попавшие в газоход частицы топлива и выносят их в борова или трубу. Таким образом, подпрыгнув, может опуститься назад только частица топлива, не залетевшая в газоход, иначе она попадет в унос, составляя в дальнейшем потерю от механической неполноты сгорания.

Количество выделяемого на решетке тепла пропорционально расходуемому топливу, а следовательно, и идущему на его сжигание воздуху и скоростям его движения по слою. С изменением расхода воздуха пропорционально изменяются и скорости его движения через слой, влияющие на потерю от уноса. Указанные скорости и расход топлива получают хорошее отражение в так называемом тепловом напряжении зеркала горения.

Q/R ккал/м2 час,

где Q = QPн В - количество тепла, выделяемого в 1 час на решетке;

R - площадь зеркала горения.

Иногда в качестве характеристики работы топки принимают ее в весовое напряжение В/R, что неправильно, так как расход воздуха пропорционален не весу сжигаемого топлива, а произведению Qpн В [см. формулу (26)].

Примером резкого повышения уноса в зависимости от форсировки могут служить цифры изменения потери от уноса при сжигании мелочи подмосковного угля на цепной решетке:

Изменение потери уноса

Бороться с увеличением уноса из слоя топлива можно путем понижения избытка воздуха, тогда уменьшаются скорости движения газов по слою, повышаются температуры в слое и в топочном пространстве, тем содействуя лучшему сжиганию. Далее, перекрывая топку сводами, конечно, в тех случаях, где это возможно и не вызывает чрезмерного повышения температуры слоя, можно заставить отскакивать вниз ударяющиеся о своды частички твердого топлива; наиболее радикальным мероприятием по борьбе с уносом является увеличение объема топочного пространства, в пределах которого происходит сгорание частичек топлива. Понижение теплового напряжения зеркала горения также уменьшает потерю с уносом. Эта мера наиболее дорогая, так как снижается форсировка котла и приходится устанавливать дополнительные котлы. По мере увеличения выхода летучих в топливе и, следовательно, уменьшения его коксующейся части унос уменьшается.

Потеря от уноса получается и при сжигании пылевидного топлива, если его помол будет недостаточно тонок, а размеры топочной камеры таковы, что частички пыли не будут успевать сгорать до момента соприкосновения факела с поверхностью нагрева первого газохода. В табл. 25 приведены допустимые тепловые напряжения объема топочного пространства для пылевидного топлива, и, как видно, они значительно ниже соответствующих напряжений для слоевого сжигания. Это объясняется тем, что газ в топочном пространстве сгорает скорее по сравнению даже с мельчайшей пылинкой топлива. При сгорании пылинки вокруг нее образуется облачко инертных газов (СО2, Н2О, N2), затрудняющее доступ к чей кислорода и тем замедляющее механическую неполноту сгорания. Применение турбулентных горелок, завихривающих факел, способствует лучшему перемешиванию угольной пыли с воздухом, а также разрушению указанной газовой оболочки. Подобные мероприятия позволяют приблизить тепловые напряжения топочного объема к напряжениям для кускового топлива, когда в топочном пространстве сгорают по преимуществу газообразные горючие вещества.

Потеря от уноса ставит пределы допустимых форсировок топок, а для сравнительно мелких отопительных установок, когда зеркало горения их топок имеет ограниченные размеры, эти пределы форсировок топок предопределяют и возможный съем тепла с котельных поверхностей. Таким образом, в мелких установках не конструкция котла, условия циркуляции и т. п. ставят пределы допустимых форсировок, а главным образом топка и в первую очередь потеря от уноса.

В табл. 26 приведены величины тепловых потерь от провала, в шлаках и уносе для различных топлив и топок. Эти цифры надо считать средними для нормальных условий эксплуатации и правильно спроектированных топок.

Механическая неполнота сгорания и потеря тепла от нее, считая на каждый килограмм топлива, выражается равенством

Формула 107-108

Чтобы подсчитать потерянное количество тепла, надо знать количество и теплотворную способность провала, шлаков и уноса, в которые попадает зола топлива, обогащенная частицами несгоревшего топлива, лишенного воды. Обычно после испытания котельной установки взвешиваются извлеченные из топки провал и шлаки. Их вес делится на количество часов работы, и таким образом находятся величины часового выхода провала и шлаков.

Способами, аналогичными применяемым для минерального топлива, отбираются средние пробы отдельно от провала, шлаков и уноса, которые и направляются в химическую лабораторию на исследование.

В лаборатории определяется механическая неполнота сгорания на сухое вещество провала, шлаков и уноса: Qспр; Qсшл и Qсун ккал/кг.

При невысокой теплотворной способности очаговых остатков лаборатория вместо теплотворной способности часто дает сведения о количестве в процентах горючих элементов в провале и шлаках. Потеря тепла в провале и шлаках в зависимости от того, какими располагают сведениями, может быть подсчитана:

Формула 109-110

где Gпр и Gшл - часовое количество провала и шлаков в кг.

При наличии данных о содержании в процентах горючих элементов г% в провале, шлаках и уносе, учитывая отсутствие в них влаги, так как последняя в топке испарится,Qспр; Qсшл и Qсун определяют так

Формула 111-113

Теплотворная способность горючих элементов в провале, шлаке и уносе в зависимости главным образом от рода сжигаемого топлива колеблется в пределах 8300 7300 ккал/кг. ВТИ рекомендует в среднем считать 7800 ккал/'кг, что и принято в формулах (111), (112) и (113).

Потерю тепла от уноса экспериментально определить затруднительно, так как часть уноса осаждается в газоходах и часть удаляется вместе с отходящими газами в дымовую трубу.

Обычно количество уноса определяется по золовому балансу.

Всего за час выделилось золы АрВ/100 которая распределилась в провале, шлаке и уносе приблизительно в таких соотношениях:

Формула 114

Из равенства (114) определяется Gун, после чего потеря тепла от уноса подсчитывается по уравнению

Формула 115

При сжигании мазута или газа потеря от механического недожога отсутствует и q4 = 0.

В гл. IV указывался метод, учитывающий влияние потери от механического недожога в формулах, определяющих потери от химической Q3 неполноты сгорания и с отходящими газами Q2.

В указанные формулы вводился множитель (1 - q4/100).

Производя испытания котельной установки, обычно q4ун экспериментально не определяют. Вся же потеря q4=qпр4 + qшл4 + qун4 может быть определена путем следующих подсчетов.

При экспериментальном определении баланса тепла котельной установки должно сохраниться равенство

Q2 + Q3 + Q4 = Q’2 +Q’3 + Q’4, (116)

Таблица 25

Таблица 25

Таблица 26

Формула 117

Q4 определяется как единственная неизвестная величина при подсчете теплового баланса без поправок. Таким образом, при решении уравнения (116) неизвестной величиной является Q’4, которую и находят, после чего подсчитывают q'4 и с поправкой на q’4 значения Q’2 и Q'3.