Слайд 1 - Кафедра Технологии и оборудования

Особенности сжигания
древесного топлива
©ФГБОУ ВПО «Уральский государственный
лесотехнический университет», Тетерина М.А.
2
Особенности сжигания древесного топлива
•Расчет горения
•Основные топочные устройства
•Снижение вредного влияния на окружающую среду
Характеристики топлива, влияющие на выбор
технологии сжигания
Гранулометрический состав
Влажность относительно
общей массы
(древесная пыль, …, щепа,
дрова)
(10 – 65 %)
Зольность
(1…10%)
Выход летучих, Vdaf
(72 – 85 %)
Характеристика топочного
остатка
(порошкообразный)
3
Элементный состав топлива
4
Рабочая масса
Вид топлива
Состав, %
Теплота
сгорания,
Qрн, кДж/кг
Cr
Hr
Nr
Or
Sr
Ar
Wr
30,3
3,6
0,4
25,1
–
0,6
40
10220
Каменный
уголь
(Кузнецкий
бассейн)
66
4,7
1,8
7,5
0,5
11
8,5
26130
Мазут
84
11
0,5
0,5
1,4
0,1
3
39700
Древесное
топливо
Горючая масса (сухая беззольная)
Вид топлива
Состав, %
Теплота
сгорания,
C daf
H daf
N daf
O daf
S daf
Древесное топливо
54
7
0,6
38,4
0,04
20000
Каменный уголь
(Кузнецкий
бассейн)
83
6
2,2
9
0,6
32700
86,6
11,3
0,52
0,52
1,44
40900
Мазут
Q daf , кДж/кг
5
Ì Äæ
кг 40 1
Q
êêàë
кг
r
i
Теплота сгорания различных
видов топлива
8000
2
30
3
6000
4
20
17
5
6
4000
7
9
8
10
10
15
13
14
11
16
r
А 10%
0
50
2000
r
А 1%
12
W
100 %
r
1 – мазут; 2 – природный газ; 3 –
условное топливо; 4 – каменные
угли; 5 – бурые угли; 6 – отходы
мебельного производства; 7 –
шлифовальная пыль; 8 – дрова
воздушной сухости; 9 – дрова (1 год
складирования); 10 –
свежесрубленная древесина;
11 – кора свежая; 12 – кора
сплавная; 13 – опилки; 14 – торф; 15
– сланцы эстонские; 16 – городские
бытовые отходы; 17 – древеснотопливные гранулы (пеллеты)
Расчет процесса горения
Цель: определение теоретически необходимого количества воздуха;
количества и состава топочных газов
Необходимое количество воздуха:
С + О2 = CO2 + 409 МДж/кмоль;
Н2 + О2 = 2Н2О + 484,9 МДж/коль;
S + O2 = SO2+ 288МДж/кмоль.
В пересчете на 1 кг рабочей массы топлива:
V0 = 0,0889Сr + 0,265Hr + 0,0333 (Src – Or) м3/(кг топлива)
Действительное количество воздуха:
Vд = α V0, м3/(кг топлива),
где α – коэффициент избытка воздуха
6
Состав газообразных продуктов сгорания
Vг = VCO2 + V 0N2 + VH2O + (α – 1) V 0, м3/(кг топлива);
VCO2 = 0,01866 (Cr + 0,375 Src)
V 0N2 = 0,79 V 0 +0,008 N r
V 0H2O = 0,111 H r + 0,0124W r + 0,0161 V 0
VH2O = V 0H2O + 0,0161 (α – 1) V 0.
7
8
Теплота сгорания твердого топлива


Qнр  338  Ср  1025  H р  108,5  О р  Sp  25  W р
Энтальпия продуктов полного сгорания 1 кг твердого топлива
Iг  I0г    1  Vв0
I0г  VRO2  i RO2  VN2  i N2  VH2O  i H2O
Расход топлива
П


D  i п  i пв  
 (iкв  i пв )
100


В
Qнр  ка
9
Уравнение теплового баланса парового котла
q1 – полезно использованная теплота
q2 – потери теплоты с уходящими газами
q3 – потери теплоты от химической неполноты сгорания (химический недожог)
q4 – потери теплоты от механического недожога
q5 – потери теплоты через ограждения топки
q6 – потери с теплотой шлаков
ηка=q1=100 - q2 - q3 - q4 - q5 - q6
10
Потери теплоты с уходящими газами
q2 
0
(I ух   ух  I хв )  (100
Qнр
 q4 )
I0хв  V0  c30  t хв
Потери с теплотой шлаков
a шл  сшл  t шл  А р
q6 
р
Qн
11
Типы топок для сжигания древесного топлива
Слоевые:
неподвижный слой, неподвижная решетка;
подвижный слой, неподвижная решетка;
неподвижный слой, подвижная решетка;
Камерные или факельные;
Вихревые;
Циклонные;
С кипящим слоем.
Возможны различные комбинации.
Классификация слоевых топок для древесного топлива
решетка
слой
направление тип
потоков решетки
подвижный
спутное
подвижная
12
периферийная
решетка
ступенчатая
зажатый
поперечное
с ПК
лоткова
неподвижный
с НК
встречное
Без К
осесимметричная
есть
подвижный
верхняя
нет
врщающаяся
свободный
неподвижная
неподвижная
неподвижный
нижняя
подача
топлива
есть
центральная
решетка
нет
Ручная топка для дров с горизонтальной
колосниковой решеткой
1 – слой топлива; 2 – колосниковая решетка; 3 – зольниковый люк; 4 –
воздухопровод; 5 – загрузочная дверца
13
Характеристики топок
qR 
qv 
Q pp
R
Q pp
VT
14
, кВт/м2 – тепловое напряжение зеркала горения;
, кВт/м3 – тепловое напряжение топочного объема;
где Q pp , кВт/м2 – располагаемая теплота; R – площадь зеркала горения; VT объем топки.
q 4 - потери от механической неполноты сгорания;
q3 - потери от химической неполноты сгорания;
среду через
обмуровку.
q5 - потери в окружающую
Тип топки
α
qv ,
qR ,
q3 , %
q4 , %
К.п.д. топки: T  1  (q 4  q3  0,5кВт/м
q5 ) 3 кВт/м2
Слоевая топка
Вихревая
Циклонная (для шлифованной пыли)
230 –
350
170
1600
600 –
4000
–
–
2
2–6
2
1
2,5
2
1,3 –
1,4
1,25
1,2
15
Основные операции по обеспечению работы топок
1. Подача топлива в топку;
2. Подача воздуха (первичного и вторичного);
3. Шуровка топлива;
4. Удаление топочных газов;
5. Удаление твердого очагового остатка.
Конструкция топки и вспомогательного оборудования должна
обеспечивать непрерывность всех операций.
Топка для дров с вертикальным слоем
1 – загрузочное устройство
2 – обмуровка
3 – шахта
4 – шлаковый люк
5 – люк
6 – колосниковая решетка
7 – подвод вторичного воздуха
8 – зольниковый люк
9 – гляделка
10 – окно задней стенки
Шахтная топка с наклонным слоем для сжигания дров
1 – загрузочное устройство
2 – слой топлива
3 – обмуровка
3 – шахта
4 – наклонная колосниковая
решетка
5 ,6, 7 – дверцы
8 – горизонтальная
колосниковая решетка
Топка со ступенчатой колосниковой решеткой
1 – загрузочная воронка
2 – наклонная ступенчатая
колосниковая решетка
3 – свод
4 – люк
5 – горизонтальная колосниковая
решетка
6 – воздухопроводы
7 – фронтовые люки
19
20
Схема топки с конусной
решеткой и нижней
центральной подачей
топлива
1 – шнек для подачи топлива; 2 –
подвод первичного воздуха; 3 –
колосниковая решетка; 4 –
тангенциальный подвод
вторичного воздуха; 5 –
циклонная камера; 6 – подвод
третичного воздуха.
21
22
Топка скоростного
горения ЦКТИ системы
В.В. Померанцева
1 – шахта; 2 – топливный
рукав; 3 – зажимающая
решетка; 4 – подвижный
пережим;
5 – сопло
вторичного воздуха; 6 –
зольниковый люк; 7 – подвод
первичного воздуха;
8 – неподвижный пережим
23
24
25
26
Принципиальная схема факельного сжигания древесной
пыли
1 – котлоагрегаты
2 – пылевые горелки
3 – газомазутные горелки
4 – пылепровод
5 – вентилятор
6 – питатель
7 – ворошитель
8 – сборный бункер
9 – циклон
10 – взрывной клапан
Схемы топок с пузырьковым и циркулирующим
кипящим слоем
29
Вредные выбросы в атмосферу при сжигании
древесного топлива
1. Зола и несгоревшие частицы топлива;
2. Парниковые газы (СО2);
3. Оксиды азота (образуются при температуре в топке более
900°С);
4. Диоксины и перены – результат неполного сгорания углерода и
других составляющих при низких температурах в топке – ниже
450 -500 °С;
выделение:
диоксинов – 230 нг/(кг топлива);
перенов – 320 нг/(кг топлива);
при плохом горении может увеличиться в 4 – 5 раз
30
Методы уменьшения влияния удаляемых в атмосферу
топочных газов
Активные – уменьшение концентрации вредных веществ в уходящих
в атмосферу газах;
(допустимая концентрация золы 50 – 500 мг/(нм3));
Пассивные – расширение площади выпадения загрязнений на землю
(увеличение высоты дымовой трубы).
31
Методы очистки топочных газов от золы
Очистка топочных газов от золы осуществляется с использованием:
- гравитационных или инерционных сил;
- молекулярных сил сцепления частиц золы с пленкой
воды и с ее струями;
- электростатических сил электрического поля;
- фильтрации через тканевую перегородку.
Сухие инерционные золоуловители
Циклонный
32
Жалюзийный
степень очистки газов:
до 94%
60 – 92 %
2 – выход очищенного газа;
3 – вход запыленного газа; 4 – уголки (40×40×4 мм)
Мокрый инерционный
золоуловитель
Тканевый рукавный
фильтр
33
степень очистки газов:
до 96%
до 99,9 %
34
Использование твердых отходов горения
Топочный остаток – как строительный материал
Зола из золоуловителей – как удобрение в сельском и
лесном хозяйстве (предварительно гранулированная)