VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

         Содержание водорода Н в рабочей массе естественного и искусственного топлива из-за наличия балласта Б ниже, чем в горючей массе. Для твердых и жидких топлив Н приняты по [1, 2, 3], а для газообразного - рассчитаны по его составу [1]. Но, величина Н не позволяет сопоставить различные виды топлива с позиции наивыгоднейшего применения в ступенчатых установках с контактными экономайзерами. Поэтому, сравнение различных видов топлива по содержанию в них водорода с указанной позиции предложено производить по величине приведенного содержания водорода Нп, % на 1000 ккал по массовой доле высшей теплоты сгорания.

         Из результатов исследований видно, что повышение содержания водорода положительно влияет на все характеристики топлива и, в первую очередь, на теоретически необходимый расход сухого воздуха Vв, объем водяного пара Vв.п., на объем и состав продуктов сгорания. при коэффициенте избытка воздуха, равном 1.

         Сравнение различных видов топлива по потребности в воздухе производится также по приведенной характеристике - по приведенному объему сухого воздуха при коэффициенте избытка воздуха, равном 1.

         Для сухого топлива при сухом воздухе объем водяного пара в продуктах сгорания определяется также содержанием Нп в топливе. Из естественного топлива большие значения Нп имеют природный газ, древесина.

         Приведенный объем Vв.п является одной из основных характеристик, определяющих целесообразность  и эффективность применения топлива и его продуктов сгорания в ступенчатых установках с контактными экономайзерами. Согласно полученным данным, топливо с большим значением Vв.п  имеет существенное различие между высшей - Qв  и низшей - Qн. Количественное их отношение характеризует величина а. Чем больше эта величина, тем большую экономию тепла топлива можно получить за счет использования теплоты конденсации водяного пара продуктов сгорания.

         С увеличением Vв.п  возрастает  объемная доля rн2о и парциальное давление Рн2о водяного пара в продуктах сгорания - Vсумм.. Парциальное давление водяного пара является движущей силой тепломассообмена в контактном экономайзере. С повышением парциального давления и объемной доли интенсивность тепломассообмена, характеризуемая объемным коэффициэнтом теплопередачи, возрастает в значительной степени.

         Поэтому, продукты сгорания топлива с большими значениями парциального давления водяного пара и его объемной доли можно полностью осушить при прочих равных условиях в рабочей камере контактного экономайзера меньшего объема.

         При использовании продуктов сгорания таких топлив в контактном экономайзере можно получить за счет теплоты конденсации водяного пара количество тепла, равное 9 - 21 % от низшей теплоты сгорания топлива.

         Методика расчета приведенных характеристик органического топлива следующая. Сравнение различных видов топлива по содержанию в них водорода следует производить по формуле (1):

          Нп = (Нр * 1000)/Qв,   1000 * кг * %/ккал,  где                                                                (1)

         Qв - высшая теплота сгорания топлива, ккал/кг.

         По формулам, аналогичным формуле (1) рассчитаны для твердого и жидкого топлива приведенные зольность А, сернистость S, влажность W, содержание азота N, содержание кислорода О.

         Для сухого газообразного (неочищенного) топлива подсчет производится по следующим выражениям:

           S = (1,52 * Н2Sт * 1000)/Qв,   1000 * кг * %/ккал;                                                         (2)

          О = (1,43 * (CO2 +  O2 + 0.5CO))/Qв,   1000 * кг * %/ккал;                                            (3)

          N = (1,25 * N2(т) * 1000)/Qв,   1000 * кг * %/ккал,   где                                                 (4)

         Н2Sт, N2(т) - содержание сероводорода и азота, % по объему.

         Сравнение различных видов топлива по потребности в воздухе производится также по приведенной характеристике - по приведенному объему сухого воздуха при коэффициенте избытка воздуха, равном 1 по следующей формуле:

          Vв(о,п) = (1000 * Vв(0))/Qв,   1000 м³/ккал,   где                                                                 (5)    

Vв(0) - теоретический объем сухого воздуха, м³/кг (м³/ м³ для газа).

         По формулам вида (2) рассчитаны приведенные характеристики продуктов полного сгорания (при коэффициенте избытка воздуха, равном 1) различных видов топлива, в том числе: приведенный объем сухих газов Vс.г., суммарный приведенный объем продуктов сгорания Vсумм., приведенный объем водяного пара в продуктах сгорания Vв.п..

         Для топлива рабочего состава объем водяного пара в продуктах сгорания зависит от влажности топлива и от влагосодержания воздуха, и рассчитывается по формуле (6):

         Vв.п. = 0,111Нп + 0,0124 Wп + α * Vв(о,п) * 1,61 * d,   1000 м³/ккал,   где                       (6)

α - коэффициент избытка воздуха,

d - влагосодержание воздуха, г/кг с. возд.

         Количественное соотношение высшей и низшей теплоты сгорания топлив характеризует следующий коэффициент:        

         а = (Qв/Qн) * 100 ,   % ,   где                                                                                              (7)

Qн - низшая теплота сгорания топлива, ккал/кг.

         Количество конденсата, которое можно получить в контактном экономайзере при охлаждении продуктов сгорания до 0 °C, составит:

         Мк = (Qг.а./КПДг.а.) * 0,805Vв.п. * 0,001,   кг/час,   где                                                    (8)

Qг.а. - теплопроизводительность газоиспользующего агрегата, ккал/час,

КПДг.а. - коэффициент полезного действия, газоиспользующего агрегата, %.

         Приведенная масса конденсата:

         Мк  = 0,805Vв.п.,   % * кг *1000/ккал                                                                                 (9)

         Результаты расчетов сведены в таблицу 1.

Источники:

1. Климов Г. М. Возможности получения синтетической воды из продуктов сгорания природного газа, М.., ВНИИгазпром. 1972.

2. Дерпгольц В. Ф. Вода во вселенной. Л., «Недра», 1971, 223 с.

3. Розенфельд Э. И. серия. Теплотехнические характеристики топлива. Использование газа и мазута в промышленности. Т.3. Газовые горелки. М., ВИНИТИ, 1973, 123 с.