Топливо является важнейшей составляющей в процессе получения тепла. От его качества и характеристик напрямую зависят показатель КПД котла и стабильность работы всей отопительной котельной.
Важнейшими параметрами топлива, оказывающими, влияние на КПД являются - теплота сгорания, влажность, зольность и фракционный состав.
К сожалению, часто потребителю не приходится выбирать качество сжигаемого топлива, но все же повысить эффективность, позволяет грамотная регулировка и эксплуатация котельной установки.
Элементный состав топлива
Топливо в таком виде, в каком оно поступает к потребителю, называется рабочим и состоит из углерода С, водорода Н, кислорода О, азота N, серы S, золы А и влаги W. Рабочий состав топлива обозначают буквой "r". Для 1 кг топлива уравнение элементного состава записывается в следующем виде:
В этом уравнении составляющие топлива даны в процентах к массе.
Горючими элементами топлива являются углерод Сtr, водород Нtr и летучая сера Scr.
Чем выше процент содержания горючих элементов в топливе и в первую очередь углерода и водорода, тем выше его теплота сгорания. Кислород Оr находящийся в топливе, теплоты не выделяет. Однако благодаря его наличию в составе топлива часть топлива оказывается уже окисленным. Азот Nr, находящийся в топливе, в реакциях горения не участвует, но отнимает от пламени теплоту. Золу Ar и влагу Wrt считают балластом топлива. Серу, находящуюся в топливе, разделяют на два вида: горючую Srt и негорючую Srm,. Первая имеет две составляющие: где Sro - органическая сера; Srs - сера колчеданная, находящаяся обычно в соединении железом (серный колчедан).
Влага, содержащаяся в топливе, уменьшает долю горючих элементов в единице массы или объема и на свое испарение при горении топлива отни¬мает много теплоты.
Теплота сгорания. Теплотой сгорания называется количество теплоты, выделяемой при полном сжигании 1 кг (твердого) или 1 м³ (газообразного) топлива, и обоз¬начается буквой Q кДж/кг или кДж/м3 (ккал/кг или ккал/м3).
Различают высшую Qrs и низшую Qri теплоту сгорания. Первую получают при полном сгорании топлива и конденсации водяных паров, образовавшихся при горении, с отдачей теплоты, израсходованной на их испарение (скрытая теплота испарения). В практических условиях водяные пары, содержащиеся в дымовых газах, уходят в атмосферу вместе с другими компонентами. Их скрытая теплота парообразования не используется. В теплотехнических расчетах применяют низшую теплоту сгорания топлива Qri, которая приводится без учета теплоты конденсации водяных паров.
Когда величина теплоты сгорания неизвестна, ее ориентировочно можно определить, зная рабочий состав топлива, по эмпирической формуле Д. И. Менделеева, кДж/кг
Qri =339,13•Ctr + 1035,94•Нtr - 108,86(Оr - Scr) - 24,62•Wrt.
При проведении испытаний котельных установок рабочий состав топлива и его теплоту сгорания определяют экспериментально.
Летучие вещества и кокс. При нагреве твердое топливо распадается на газообразные летучие вещества твердый нелетучий остаток (кокс). В коксе практически остаются углерод и зола.
Количество летучих веществ в топливе определяют в процентах по отношению их массы к рабочей или сухой беззольной массы в топливе и обозначают соответственно Vr или Vdaf.
Большое влияние на процесс горения и, следовательно, на КПД котла имеет вид топлива: элементарный и фракционный состав, и вид топочного устройства. Не бывает универсальных котлов и топочных устройств, в которых можно сжигать что угодно с высоким КПД.
При сжигании крупнокускового топлива увеличиваются потери q3 – от химической неполноты сжигания, по причине недостаточно тщательного смешивания топлива с воздухом. При сжигании топлива с высоким содержанием мелочи увеличиваются потери q4 – от механической неполноты сжигания, по причине большой степени провала через полотно топочного устройства, удалением со шлаком и уносом не догоревших частиц топлива из топки котла.
Высокая влажность топлива приводит к дополнительному расходу тепла на сушку топлива.
Зола, как и влага, является балластом. При высокой зольности топлива увеличиваются потери q3 (от химической не полноты сгорания топлива), q6 (с физическим теплом шлака), так как зола препятствует эффективному смешиванию топлива с воздухом, а так же тепло удаляется из котла со шлаком и золой в уходящих газах. Легкоплавкая зола зашлаковывает поверхности нагрева сажей, снижая теплопередачу и увеличивая температуру уходящих газов.
На данный момент существует достаточное количество модификаций ручных полумеханизированных и механизированных топочных устройств, по технических характеристикам которых можно сделать оптимальный выбор для сжигания того или иного топлива.
Минеральные примеси (негорючие вещества), находящиеся в топливе, при его сжигании образуют золу в виде сыпучей массы или сплавленных кусков (шлака).
Оседая на поверхности нагрева котла, зола снижает теплопередачу от газов к стенке котла, уменьшая его КПД. Большое значение при эксплуатации котлов имеет температура плавкости золы угля. Легкоплавкая зола вызывает зашлаковывание котлов. Наиболее легкоплавкая зола у торфа, донецких каменных углей и антрацитов. Зола древесного топлива не сплавляется в шлак.
Условное топливо. Для сравнения запасов разных видов топлива при определении норм его расхода, планировании потребности топлива и других расчетах пользуются понятием "условное топливо". За условное принято такое топливо, низшая теплота сгорания рабочей массы, которого Qri составляет 29308 кДж/кг (7000 ккал/кг). Для перевода натурального топлива в условное, и наоборот пользуются тепловым эквивалентом, величина которого зависит от Qri.
Тепловой эквивалент Эт - это отношение низшей теплоты сгорания рабочего топлива к низшей теплоте сгорания условного топлива, т. е.
Эт = Qri/29308 или Эт = Qон/7000
Перевод натурального топлива Bн в условное Bу выполняют путем умножения количества натурального топлива на тепловой эквивалент
Bу = Bн•Эт. Перевод условного топлива в натуральное путем деления количества условного топлива на калорийный эквивалент Bн = Bу/Эт.
Обращаем Ваше внимание на нередко спрашиваемую модификацию котлов уголь - газ.
Топочная камера угольного котла, рассчитанная на сжигание угля, имеет геометрически характеристики отличные от газовой топки.
Для сжигания твердого топлива требования предъявляются к высоте топки и площади зеркала горения. При использовании импортных длиннопламенных горелок длины топки, как правило, не хватает, что вызывает выход из строя заднего экрана, при использовании отечественных горелок с большим углом раскрытия факела пламя начинает «лизать» потолочный и боковые экраны, что не допустимо.
Кроме того, при переводе котлов на сжигание природного газа котельная становится опасным производственным объектом в соответствии с Федеральным законом № 116-ФЗ от 21 июля 1997г. и подлежит регистрации в государственном реестре в порядке, устанавливаемом Правительством Российской Федерации. Необходимы проект реконструкции котла и котельной.
Таким образом данная модификация неэффективна и с точки зрения механизма сжигания топлива, надежности работы котла и с точки зрения затрат на реконструкцию.
