Избыток воздуха в конце агрегата больше чем в топке за счет

07.07.202209.07.2022 admin 0 Comments

Коэффициент избытка воздуха

Топливо для котельных агрегатов

Котельные установки с паровыми и водогрейными котлами и их компоновка

Вода для питания паровых и водогрейных котлов

Коэффициент избытка воздуха

Тепловой баланс котельных агрегатов

Коэффициент избытка воздуха зависит от вида сжигаемого топлива, способа его сжигания, конструкции топки котла и принимается на основании опытных данных.

Если воздуха в топку котла будет поступать мало, то кислорода не будет хватать для полного сгорания топлива, и часть горючих газов, образующихся в топке котла (например, окись углерода СО), и несгоревшие частицы угля будут уноситься с продуктами горения в дымовую трубу. Неполноту сгорания топлива можно заметить по появлению черного дыма из дымовой трубы. Очевидно, что такое сжигание вызывает излишнюю трату топлива.

Чтобы обеспечить полное сгорание кускового топлива, практически приходиться подавать воздуха в топку в несколько раз больше, чем требуется по расчету (например, в полтора раза). Но чрезмерный избыток воздуха в топке котла недопустим, так как много тепла при этом тратится на нагревание излишнего воздуха перед его подачей в топку котла, а также много тепла уносится в дымовую трубу.

Действительное количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1 кг топлива, должно быть несколько большим теоретического, так как при практическом сжигании топлива не все количество теоретически необходимого воздуха используется для горения топлива; часть его не участвует в реакции горения в результате недостаточного перемешивания воздуха с топливом, а также из-за того, что воздух не успевает вступить в соприкосновение с углеродом топлива и уходит в газоходы котла в свободном состоянии. Поэтому отношение количества воздуха, действительно подаваемого в топку котла, к теоретически необходимому называют коэффициентом избытка воздуха в топке

где V _в д — действительный объем воздуха, поданного в топку котла на 1 кг топлива,

V _в ° — теоретический объем воздуха,

В действительный объем водяных паров при избытке воздуха больше единицы входят водяные пары, поступающие с избыточным воздухом в количестве 0,0161· V_в° · (α – 1) м³/кг.

Действительный объем водяных паров, м³/кг (см. формулу 35)

Полный объем дымовых газов, м3/кг, получающийся при сгорании 1 кг топлива (см. формулу 36):

Объем водяных паров при α = 1,4 по формуле (35)

Полный объем дымовых газов по формуле (36)

V_г = 0,99 + 3,98 + 0,62 + 0,72 = 6,31 м³/кг.

При работе топок всех видов необходимо постоянно наблюдать за исправным ведением топочных процессов по контрольно-измерительным приборам. На экономичность работы котельной установки значительное влияние оказывают потери тепла от химической неполноты сгорания топлива. Величина потерь зависит в основном от количества воздуха, поступающего в топку.

Для поддержания нормального горения нужно подводить воздуха в топку столько, сколько требуется для полного сгорания топлива, что достигается постоянным контролем за составом дымовых газов. Наиболее важно определение содержания в дымовых газах двуокиси и окиси углерода.

В случае неполного сгорания при недостатке воздуха в составе уходящих газов из топки котла будут углеводороды, окись углерода СО, а иногда и чистый водород Н, а при чрезмерном избытке воздуха создаются условия для удаления из топки котла несгоревших летучих горючих веществ и уноса частичек твердого топлива. Поэтому при эксплуатации топки следует сводить неполноту сгорания к возможному минимуму. Как правило, котельный агрегат работает или при полном сгорании, или с незначительной химической неполнотой сгорания.

При присосе холодного воздуха в газоходы котла экономичность его работы снижается, поэтому персонал, обслуживающий котлоагрегат, должен постоянно следить за исправностью обмуровки, плотным закрытием заслонок, дверок, гляделок и пр.

Источник

Влияние коэффициента избытка воздуха на горение в топке

Для исключения неполноты выгорания топлива по указанным выше причинам в топочную камеру обычно подают воздух в большем количестве (V_д), чем это требуется для процесса горения. При разработке котлов и анализе их работы, при оценке качества ведения топочного режима обычно пользуются не фактическим объемом подаваемого воздуха, а коэффициентом его избытка (λ), под которым понимают отношение фактически подаваемого количества воздуха к теоретически необходимому: λ=V_д / V_т.

Этот показатель зависит от конструкции газовой горелки и топки: чем они совершеннее, тем меньше λ. Необходимо следить, чтобы коэффициент избытка воздуха не был меньше 1, так как это приводит к неполному сгоранию газа. Увеличение коэффициента избытка воздуха снижает к.п.д. котлоагрегата.

Машинисты паровых и водогрейных котлов должны помнить: чем меньше коэффициент избытка воздуха, тем котел работает экономичнее потому, что чрезмерный избыток его нарушает процесс горения и сопровождается рядом потерь в котельной установке. Избыточный воздух в топке следует поддерживать на нужном уровне, благодаря чему котел будет работать с меньшими потерями теплоты. Коэффициент избытка воздуха: для мазута – 1,1 – 1,3.

Полноту сгорания топлива можно определить с помощью газоанализатора и визуально – по цвету и характеру пламени:

соломенно-желтое (для твердого и жидкого топлива) – сгорание полное

прозрачно-голубоватое (для газообразного топлива) – сгорание полное

Это позволяет более правильно сопоставлять работу паровых котлов различной производительности.

Источник

Научная электронная библиотека

Батухтин А Г, Пинигин В В,

2.1. Коэффициент избытка воздуха в газовом тракте котла. Учет рециркуляции газов

Таблица 2.1 – Расчетный коэффициент избытка воздуха
на выходе из топки

Камерная с твердым шлакоудалением

Антрацит, полуантрацит,
тощий уголь

Камерная с жидким шлакоудалением

Антрацит, полуантрацит,
тощий уголь

Каменный и бурый угли

* Большие значения – при транспортировке пыли горячим воздухом и наличии отдельных сбросных горелок.

В газоплотных котлах, работающих под наддувом, присосы воздуха в топку исключены (??m = 0).

Средние значения присосов воздуха в замкнутых системах пылеприготовления, работающих под разрежением, представлены ниже:

ШБМ с промежуточным бункером пыли при сушке топлива горячим воздухом 0,1

То же, при сушке смесью воздуха с топочными газами 0,12

ШБМ с прямым вдуванием пыли в топку 0,04

Молотковая с прямым вдуванием пыли в топку 0,04

Среднеходная валковая с прямым вдуванием пыли в топку 0,04

Пылесистема с мельницами-вентиляторами 0,2

(2.3)

Рециркуляция газов в расчетах объемов и энтальпий продуктов сгорания учитывается в газовом тракте от места ввода рециркулирующих газов в газоход котла до места их отбора.

Коэффициент рециркуляции определяет долю газов, используемых для рециркуляции,

(2.4)

где Vрц и – объем газов, отбираемых на рециркуляцию, и остающийся объем за местом отбора газов, м3/кг топлива.

Таблица 2.2 – Расчетные присосы холодного воздуха в негазоплотных топках и газоходах паровых котлов

То же, для котлов с D > 320 т/ч, а также для котлов с меньшей производительностью при наличии металлической наружной обшивки топки

То же, для газо-мазутных котлов с D > 320 т/ч

Фестон, ширмовый перегреватель на выходе из топки

Поверхность пароперегревателя в горизонтальном газоходе

Поверхность пароперегревателя в опускной конвективной шахте (отдельно основного и промежуточного пароперегревателей)

Переходная зона (один или два пакета)

Экономайзер двухступенчатый, на поверхность каждой ступени

Трубчатый воздухоподогреватель, на поверхность
каждой ступени

При сжигании твердого топлива ввод газов рециркуляции в топку применяют для сильношлакующих топлив с целью уменьшения температуры газов в ядре факела и вблизи стен топки (так называемая «нижняя рециркуляция» rн = 0,1 – 0,15) и для исключения шлакования поверхностей на выходе из топки («верхняя рециркуляция» rв = 0,15 – 0,2). Аналогично при газовой сушке топлива: когда отбирается часть горячих газов из газохода котла за топкой и сбрасывается затем в виде сушильного агента в зону горения, то эта часть рассматривается как газы рециркуляции.

Рециркуляция газов в ядро факела на твердых топливах допустима только для высокореакционных топлив (VГ > 25 %).

Тогда усредненный коэффициент избытка воздуха в топке при вводе в нее рециркулирующих газов

(2.6)

а во всех последующих поверхностях избыток воздуха определяется по (2.3) с учетом доли присосов холодного воздуха в каждой поверхности нагрева.

Источник

Количество воздуха, подсчитанное по уравнениям горения, называется теоретически необходимым. Его обозначают , относят к нормальным условиям и измеряют в м 3 /кг (м 3 /м 3 ) топлива.

Теоретически необходимый объема воздуха (при нормальных условиях) в условиях полного горения, когда каждая молекула горючего элемента получает необходимое для горения количество кислорода определяется по формулам:

для горения 1 кг твердого и жидкого топлива, м 3 /кг:

;

для горения 1 м 3 газообразного топлива, м 3 /м 3 :

Коэффициент избытка воздуха и присосы воздуха в газоходах.

В топку котельного агрегата для обеспечения полного сжигания топлива вводят воздух в количестве, большем теоретически необходимого. Это так называемое действительное количество воздуха, которое обозначают , отношение называют коэффициентом избытка воздуха.

Коэффициент избытка воздуха зависит от вида сжигаемого топлива, его качества, условий и параметров топливоподготовки, метода сжигания топлива и конструкции топочного устройства.

Коэффициент α выбирают из условий обеспечения получения максимального КПД котла при допустимых выбросах окислов азота.

В котлах, работающих под разрежением, в связи с присосами воздуха по ходу газового тракта коэффициент α увеличивается, и на выходе из котла α_ух = α_т + SDα. Значение Dα в зависимости от газохода составляет от 0 до 0,2.

Для котлов, работающих под наддувом, коэффициент избытка воздуха на участке тракта от топки до воздухоподогревателя принимается постоянным.

При испытании котельных установок коэффициент избытка воздуха определяется на основании данных анализа продуктов горения. Для этого используются формулы:

«кислородная» (без учета азота топлива в случае полного горения):

;

Значения и b определяются по справочной литературе в зависимости от состава топлива

Состав и объемы продуктов сгорания.

В общем случае объем газообразных продуктов сгорания в топке котла равен сумме объемов отдельных газов на единицу количества топлива, м 3 /кг (м 3 /м 3 )

Появление продуктов неполного горения, в первую очередь СО, возможно при неблагоприятных условиях в топках котлов (например, низком α). С учетом малого их количества при определении объема топочных газов они могут не учитываться. Тогда при разделении продуктов сгорания на сухие газы и водяные пары можно записать

V_с.г – объем сухих продуктов сгорания: .

При полном сгорании топлива газообразные продукты сгорания не содержат кислорода и состоят из СО₂, SO₂, Н₂О и N₂.

Для твердых и жидких топлив объем трехатомных газов определятся на основании уравнений соответствующих реакций окисления углерода и серы, из которых может быть найдено удельное количество образующихся оксидов. Например, при сжигании 1 кг углерода образуется 1,866 м 3 /кг диоксида углерода.

Исходя из этого, объем трехатомных газов, м 3 /кг, определяется по формуле:

Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).

Источник

Избытка воздуха в топке

Коэффициет избытка воздуxа в топке α_т выбирается в завиcимости от:

• вида топлива (теплотеxничеcких xаpактеpиcтик топлива);

• cпоcоба обpазования гоpючей cмеcи (конcтpукции гоpелки) и дp.

Определяющими факторами при выборе оптимального значения коэффициента избытка воздуха являются минимальные суммарные потери с уходящими газами q₂ и химическим и механическим недожогом q₃ и q₄.

Рис.1. К определению оптимального коэффициента избытка воздуха

Оптимальные значения коэффициента избытка воздуха в топке α_т при сжигании:

природного газа 1,05÷1,1;

камерное (факельное) сжигание 1,15÷1,2;

слоевое сжигание 1,3÷1,4.

Расчетный коэффициент избытка воздуха a в топке устанавливается согласно нормам теплового расчета котла.

Уменьшение избытка воздуха приводит к экономии расхода энергии на привод тягодутьевых машин и повышению кпд котла, однако его снижение ниже расчетного значения ведет к быстрому росту недожога топлива и снижает экономичность.

При работе котла под разрежением, создаваемым дымососом, происходит подсос в газовый тракт холодного воздуха из окружающей среды. За счет этого объём продуктов сгорания увеличивается, возрастает избыток воздуха, и снижается температура газов.

где DV_i – объём присосов воздуха в пределах i-й поверхности котла.

Тогда избыток воздуха за i-й по порядку поверхностью нагрева после топки определится как a_I = a_т + SDa_i.

Для обеспечения оптимальных условий горения и минимума присосов воздуха по газовому тракту необходим постоянный контроль за избытками воздуха в газовом тракте.

Как уже было отмечено, коэффициент избытка воздуха, в соответствии с определением, равен отношению действительно поданного количества воздуха к теоретически необходимому:

, (4)

где ΔV – избыточное количество воздуха.

Не учитывая увеличения содержания азота в дымовых газах за счет азота топлива (доля его действительно ничтожна мала), можно записать, что объём всего воздуха, подаваемого на горение, связан с объёмом азота в дымовых газах следующим соотношением:

. (5)

Избыточное количество воздуха, подаваемого на горение, связано с объёмом кислорода, не вступившим в реакцию, соотношением:

. (6)

Подставляя (5) и (6) в (4), получим азотную формулу:

При наличии химического недожога расчёт ведётся на количество кислорода , который должен был прореагировать при полном окислении горючих элементов в соответствии со стехиометрическими уравнениями горения:

Тогда азотная формула примет окончательный вид:

Таким образом, для точного определения коэффициента избытка воздуха необходимо измерить практически полный состав продуктов сгорания, а именно: концентрации кислорода, азота, оксида углерода, водорода, метана.

На практике используются два более упрощённых метода определения коэффициента избытка воздуха: по концентрации кислорода и по концентрации сухих трехатомных газов в продуктах сгорания.

Основным является метод прямого определения концентрации кислорода. Пересчёт процентного содержания кислорода в продуктах сгорания на значение избытка воздуха производится исходя из следующих соображений.

Пусть горючая часть топлива не содержит водорода. При окислении углерода и серы объёмы образовавшихся диоксидов углерода и серы равны объёму израсходованного кислорода (С+О₂=СО₂, S+O₂=SO₂), при этом концентрация азота при любом коэффициенте избытка воздуха будет постоянной и равной 79 %.

Тогда при отсутствии химического недожога (СО=0, Н₂=0, СН₄=0) азотная формула может быть преобразована в кислородную формулу:

На изменение концентрации азота в продуктах сгорания влияет также и содержание кислорода в топливе. При соотношении водорода топлива и кислорода топлива 4/32 = 1/8 (2Н₂ + О₂ = 2Н₂О, 4 + 32 = 36) весь кислород топлива затрачивается на окисление водорода топлива, а кислород воздуха, соответственно, будет расходоваться на окисление углерода и серы. В этом случае концентрация азота в продуктах сгорания при любом избытке воздуха будет также постоянной и равной 79 %. Следовательно, кислородная формула даёт достаточно точные значения либо когда содержание водорода в топливе незначительно, либо когда выполняется соотношение H r /О r ≈ 1/8 (например, при сжигании древесины).

Вторым достаточно широко применяемым методом определения избытка воздуха в продуктах сгорания является его расчёт на основе нахождения процентного содержания сухих трехатомных газов

где , %.

При полном сгорании топлива в стехиометрических соотношениях (a=1) и при условии, что содержание водорода и кислорода в топливе соответствует выражению Н r =О r /8 (весь водород топлива окисляется кислородом топлива), содержание сухих трёхатомных газов составит:

В большинстве твердых и жидких топливах Н r > О r /8. Тогда остаток водорода будет окисляться за счет кислорода воздуха с образованием паров воды. Остающийся при этом объём азота войдет в состав сухих газов, и максимальное содержание сухих трехатомных газов будет меньше 21 %:

и тем меньше, чем больше разность Н r и О r /8.

Показателем, отражающим это различие в содержании водорода и кислорода в топливе, является топливный коэффициент Бунте b. Его значение для твердых и жидких топлив определяется по формуле:

С помощью коэффициента b величину максимально возможного содержания сухих трехатомных газов в продуктах сгорания можно выразить следующим образом:

Значения находятся в следующих пределах для различных видов топлив, %:

твердое топливо………………….. 18÷20;

природный газ……………………. 11÷13.

При коэффициенте избытка воздуха a > 1 объём сухих газов составит ,

а содержание трёхатомных газов будет меньше, чем :

Поскольку при этом объём не изменится, то

Надежность этого метода определения коэффициента избытка воздуха зависит от того, насколько точно известно для данного топлива значение , а также от точности выполнения анализа дымовых газов на содержание RO₂. Трудности использования данного метода возникают при сжигании топлива, минеральная часть которого содержит карбонаты, выделяющие при термическом разложении дополнительное количество СО₂.