Чтение онлайн

Большое значение в топливном балансе России имеют природные газы. Основной горючей составляющей их является метан СН4 (80-98%). Теплота сгорания сухого природного газа Qнг = 33,52… 35,61 МДж/м3. Состав газообразного топлива задается в процентах по объему горючих составляющих СН4, СО, Н2, углеводородов СnН2n+2 и негорючих газов СО2, О2, N2, Н2О. Характеристики различных видов топлив [5] приведены в приложении.

Образующиеся при сгорании топочные газы по химическому составу состоят из кислорода О2, азота N2, окиси CО и двуокиси CO2 углерода, сернистого газа SO2 и водяных паров H2O. Состав топочных газов зависит от вида топлива и количества воздуха, подводимого в топку для его сжигания (первичный воздух) и подмешиваемого к продуктам сгорания для понижения их температуры до заданной (вторичный воздух). Особенно вредны соединения серы, содержащиеся в топливе, т. к. они в соединении с влагой коррозируют металлические конструкции сушилок и ухудшают качество высушиваемых материалов. Поэтому применение сернистых топлив для сушки очень ограничено.

При полном сгорании топлива (с избытком воздуха) топочные газы имеют указанный выше химический состав. Положение усложняется при неполном сгорании топлива, без избытка воздуха. В этом случае продукты сгорания дополняются сажей, рядом химически активных углеводородов, имеющих резкий запах, что значительно ухудшает экологию производства. Поэтому важнейшим требованием является обеспечение полного сгорания топлива. Обеспечение полного сгорания топлива (большие значения коэффициента избытка воздуха ), используемого для сушки, не является проблемой, т. к. для понижения температуры топочные газы, как правило, все равно приходится разбавлять воздухом.

Существенное влияние на качество высушиваемых продуктов оказывает зольность топлива, вызывающая запыленность топочных (дымовых) газов. Применяя пылеулавливающие устройства (сухая, а в ряде случаев и мокрая пылеочистка), можно получить топочные газы почти не содержащие пыли, т. е. летучей сажи и золы.

При обычных условиях сжигания топлива в котельных и других промышленных установках теплота конденсации водяных паров продуктов сгорания не может быть использована, так как их температура значительно превышает точку росы. Поэтому при характеристике твердого и жидкого топлива эту теплоту исключают и получают значение его низшей теплоты его сгорания QнР. В значении высшей теплоты сгорания топлива QнР эта теплота учитывается. Связь между ними выражается формулой [5]:

где: коэффициент 0,025 учитывает теплоту парообразования, МДж/кг; величина 9Нр – количество воды, образующейся при сгорании водородной составляющей топлива (2: 9) по уравнению:

Низшая теплота сгорания углей QнР в зависимости от их месторождения, марки и сорта колеблется в пределах от 10000 до 28500 кДж/кг, жидких топлив (мазут, гудрон) – от 30000 до 40000 кДж/кг, газообразных топлив (природный газ) – от 38000 до 50 000 кДж/кг. Для сравнения различных топлив используется понятие условного топлива, имеющего теплоту сгорания 29330 кДж/кг (7000 ккал/кг). Таким образом, наибольшей теплотой сгорания обладает наиболее дешевое газообразное топливо, удобное в применении. Оно и наиболее широко используется.

При поступлении топлива на производство к нему прилагается паспорт, в котором указывается химический состав и теплота сгорания. При отсутствии паспорта анализ топлива проводит центральная заводская лаборатория.

Наиболее точная эмпирическая формула для расчета теплоты сгорания твердых и жидких топлив предложена Д. И. Менделеевым:

Низшая теплота сгорания сухого газообразного топлива (МДж/м3) может быть определена [5] по формуле:

Так как в расчетах газовых сушилок расход газа берется в кг, то теплоту сгорания сухого газообразного топлива необходимо пересчитать на МДж/кг. Для этого все члены уравнения (2.26) необходимо поделить на плотность смеси газов см, находимую по правилу аддитивности:

где у – весовое содержание газа в смеси, – его плотность.

С учетом этого для уравнения (2.27) получим в МДж/кг:

На основании уравнения Менделеева-Клайперона для идеальных газов плотность любого газа при заданной температуре Т и давлении Р рассчитывают по формуле:

где 0 – плотность газа при нормальных условиях (Р0 = 760 мм рт.ст и Т0 = 273,15 К). Расчеты упрощаются для природного газа, т. к. он состоит в основном из метана (более 90 %), а для него 0 = 0,72 кг/м3.

Высшая теплота сгорания сухого газообразного топлива (МДж/кг) может быть определена по формуле:

Горение топлива – сложный физико-химический процесс взаимодействия топлива с окислителем (кислородом воздуха), сопровождающийся интенсивным выделением тепла и быстрым подъемом температуры.

Если топливо и окислитель находятся в одинаковом фазовом состоянии, то горение называется гомогенным. Если топливо и окислитель находятся в разных фазовых состояниях, то горение называется гетерогенным. Горение газового топлива является процессом гомогенным, а горение, например, дробленого угля или мазута в потоке воздуха – гетерогенным.

Скорость химического взаимодействия в процессе гомогенного горения может быть выражена через изменение концентраций реагирующих веществ C в единицу времени c учетом константы скорости реакции k. Для простейшего случая – реакция первого порядка выражается уравнением:

Интегрирование уравнения (2.31) позволяет получить кинетическое уравнение процесса горения вида:

где С0 – начальная концентрация вещества.

Закон действующих масс можно применять и для гетерогенных реакций. В этом случае в выражения закона действующих масс входят только концентрации газообразных веществ.

Скорость реакции в сильной степени зависит от температуры. Как известно, эта зависимость выражается законом Аррениуса:

где k0 – постоянная, определяемая экспериментально; R – газовая постоянная, кДжДмоль •К); T– термодинамическая температура, К; Е – энергия активации.