Потери теплоты от химической неполноты сгорания

Потери теплоты от химической неполноты сгорания Q_х.н (q_х.н) возникают при неполном сгорании топлива в пределах топочной камеры и появлении в продуктах горения горючих газообразных составляющих – СО, Н₂, СН₄, С_mH_n и др. Догорание этих горючих газов при температурах, имеющих место за пределами топки, практически невозможно.

Причинами появления химической неполноты сгорания могут быть:

- общий недостаток воздуха;

- плохое смесеобразование, особенно на начальных стадиях горения топлива;

- низкая температура в топочной камере, особенно в зоне догорания топлива;

- недостаточное время пребывания топлива в пределах топочной камеры, в течение которого не может полностью завершиться химическая реакция горения.

При достаточном для полного сгорания топливе количестве воздуха и хорошем смесеобразовании уровень потерь q_х.н зависит от объемной плотности тепловыделения, МВт/м³, в топке

q_v=BQ^p_H/V_T,

где B - расход топлива, кг/с; Q^p_н - низшая рабочая теплота сгорания топлива, МДж/кг; V_т - объем топки, м³. Характер зависимости q_х.н,% от q_v, МВт/м³, приведен на рисунке 1.12.

Рисунок 1.12 – Зависимость потери теплоты от механической неполноты сгорания q_х.н, %, от объемной плотности тепловыделения в топке q_v, МВт/м³

В области низких значений q_v (левая часть кривой), т. е. при малых расходах топлива В, потери q_х.н возрастают в связи со снижением температурного уровня в топочной камере. Увеличение объемной плотности тепловыделения q_v (с увеличением расхода топлива) приводит к повышению температурного уровня в топке и снижению q_х.н.. Однако по достижении определенного уровня q_v при дальнейшем увеличении расхода топлива (правая часть кривой) потери q_х.н начинают вновь возрастать, что связано с уменьшением времени пребывания газов в объеме топки и невозможностью в связи с этим завершения реакции горения.

Оптимальное значение q_v, при котором потери q_х.н имеют минимальные значения, зависят от вида топлива, способа его сжигания и конструкции топки. Для современных котлов потери теплоты по причине химической неполноты сгорания составляют:

при камерном сжигании q_х.н = 0…0,5% при q_v = 0,15…0,3МВт/м³;

при слоевом сжигании q_х.н= 0,5…2% при q_v=0,23…0,45 МВт/м³

Потери теплоты от химической неполноты сгорания рассчитываются по формуле

Q_х.н=V_COQ_CO + V_Н2Q_Н2+Q_СН4V_СН4,

где V_СО, V_СН2, V_СН4 – объемы горячих газов СО, СН₄, Н₂ в продуктах сгорания топлива, м³/кг (м³/м³); Q_CO, Н₂ и СН₄ - теплота сгорания соответственно СО, Н₂ и СН₄, МДж/м³. Q_СО= 12,64 МДж/м³; Q_Н2=10,79 МДж/м³; Q_СН4= 35,82 МДж/м³.

При разработке мероприятий по снижению величины q_х.н следует иметь в виду, что при работе в условиях возможного появления продуктов неполного сгорания в первую очередь появляется монооксид углерода СО как наиболее трудносжигаемый компонент, затем Н₂ и другие газы. Следовательно, если в продуктах сгорания отсутствуют СО, то в них нет и Н₂.