Потери тепла от химической неполноты сгорания и механические потери

Описание устройства и основные принципы работы паровозов, фотографии паровозов

При неполном сгорании углерода реакция горения происходит по уравнению

С + О = СО.

Кроме того, продуктом неполного сгорания углерода является сажа (С), но образование сажи при нормальных условиях работы незначительно, поэтому при расчётах она не принимается во внимание.

При определении потери тепла от химической неполноты сгорания исходят из#следующего. Объём сухих газов, образующихся в топке при сжигании 1 кг топлива, равен

С з 0,54 (С02 + СО) М '

где 0,54 - вес углерода, содержащегося в 1 м3 углекислоты или окиси углерода.

Так как количество окиси углерода в 1 м3 составляет объёмных частей, то содержание её в продуктах сгорания. 1 кг топлива будет равно с со з

0,54 (С02 + СО)' 100 М "

Вес 1 м3 окиси углерода равен 1,251 кг; поэтому вес окиси углерода при сжигании 1 кг топлива будет равен

С СО _ 2 - _С_ СО

0,54 *(С02+ СО)' юо '■ со2 + со ' юо

Теплотворная способность окиси углерода равна 2 453 кал; поэтому количество тепла, недовыделенного топливом вследствие неполного сгорания углерода, будет равно с гп со

2>34 т^ш-ш2^53 = 56'9 сщ + со т/кг- (24)

Полная потеря тепла при сгорании в 1 час В,, кг топлива будет

СО

<?2 = 56,9 С ^0 оу В/г ккал/час.

Для определения потери от химического недогорания топлива в процентах от располагаемого тепла будем иметь

„' <?2 шо_ 56,9 С СО

Часовой расход топлива, входящий в числитель и знаменатель, сокращается.

і1" Для нашего примера потеря тепла от химического недогорания топлива будет

1 37

<?2 = 56,9 70,2 д-^-р^, . 216 = 94 264 ккал)

или в процентах от располагаемого тепла

С?2100 94 264 Чг = -^- = ГШт ■ ЮО = 6,23°1,.

На.фиг. 224 приведены кривые потерь от химического недогорания топлива в зависимости от напряжения колосниковой решётки для паровозов типа 159 по опытам 1931 и 1936 гг. и для паровоза типа 63. Для паровоза типа 157 эти потери приводятся на фиг. 225,

где обозначения вариантов I и II соответствуют различным формам насадок конуса, его различной высоте по отношению к сен котла и с различными искроудержательными приборами.

Огромное влияние на удовлетворительную работу котла оказывает объём топочного пространства. Для сравнения узкоколейных паровозов с ширококолейными приводится табл. 15 основных соотношений.

Таблица 15

О

С 1 «

ё

§'э

(- я

ее « ^ ев Я

Тип и серия паровоза

Ширина кс в мм

с о

е ю ^ О ш

Площадь к никовой ре ки в мг

К

ос,

X Ь 3

£■«ш

8| е С

Испаряющ; верхность грева Нх в

нт

Н

Я

0-4-0 . .

1 524

2,9

1,85

1,57

10,7

152,6

52,5

5,8

82,5

0-4-0 ЫЧ . . .

1 524

4,1

2,55

1,61

11,7

147,4

36,0

4,6

47,8

0-4-0 Щ ...

1 524

5,5

2,80

1,96

15,2

206.1

31,0

5,42

73,6

2-4-0 М ...

1 524

8,87

5,95

1,49

18,4

261,1

29,4

3,10

44,0

159......

750

0,60

0,718

0 835

3,23

32,1

53,5

4,50

44,7

157......

750

1,3

1,325

0,981

5,40

48,64

37,5

4,07

36,8

63......

750

1,16

1,15

1,0

6,0

55,57

48,0

5,21

48,4

ПТ-4.....

750

1,04

1,01

1,03

4,65

37,15

35,7

4,6

36,7

ГР......

750

1,6

1,6

1,0

6,04

42,89

28,0

3,71

28,0

ГР облегчён-

ный ....

750

0,05

0,69

0,942

3,52

13,0

20,0

5,1

18,85

Из табл. 15 видно, что паровоз серии М имеет меньшее отношение объёма топки к площади колосниковой решётки. Этот паровоз во время испытания вследствие малого объёма топки и плохой конфигурации зольника давал высокие потери от химического недогорания топлива, доходившие до 15% от располагаемого тепла вместо 5%, полученных у паровозов серии Су при тех же условиях работы.

В узкоколейных паровозах отношение объёма топки к площади колосниковой решётки значительно меньше, чем в ширококолейных; следовательно, при одинаковых напряжениях колосниковой решётки количество топлива, приходящееся на 1 м3 объёма топки, будет значительно больше.

Если напряжение колосниковой решётки принять равным 300 кг/м2 час, то количество топлива, приходящееся на 1 м3 объёма, для приведённых выше ширококолейных паровозов будет в пределах 191ч-202 кг, а для узкоколейного паровоза типа 159-416 кг, что ведёт к неполному сгоранию, а следовательно, и к увеличению потерь от химического недогорания топлива. На фиг. 226 представлены потери от химического недогорания топлива в зависимости от расхода топлива на 1 ж3 объёма топки.

Кроме потерь тепла от химического недогорания топлива, существуют ещё так называемые механические потери, к которым относятся:

а) потери от несгоревшего топлива, унесённого в дымовую коробку и через дымовую трубу;

б) потери в шлаках, остающихся на колосниковой решётке;

в) потери от провала несгоревших частиц топлива, шлаков, кокса и золы в зольник.

Так как значительная часть более мелких угольков уносится, несмотря на предохранительные сетки, вместе с газами в трубу, то очевидно, что даже самый точный метод учёта и взвешивание несгоревших остатков у паровозов не достигает цели.

Поэтому при подсчёте теплового баланса котла всегда получается невязка, составляющая в зависимости от качества топлива и тщательности учёта от 7 до 15%.

Если веса уноса, провала и остатка на колосниковой решётке, отнесённые к 1 часу работы котла, обозначить через Ву, Вп и В0, а теплотворную способность шлаков в зольнике - через К„, кокса -через К0 и унесённого топлива в дымовую

коробку через Ку, то общая потеря от механического недогорания топлива в процентах от располагаемого тепла может быть определена следующим образом:

ч'2 = вуку + вяк„ + в0Ко . ша

Вг, 0,н

На основании опытов установлено, что механические потери возрастают:

, а) с увеличением напряжения колосниковой решётки у;

б) с увеличением коэфициента избытка воздуха <г,

в) с уменьшением влаги в топливе;

г) с увеличением мелочи в топливе;

д) с уменьшением содержания летучих в топливе.

На фиг. 227 даны кривые механических потерь для паровоза типа 159. Характер кривой при отоплении дровами объясняется тем, что с повышением форсировки толщина слоя дров на решётке резко возрастает и горение происходит внутри слоя. Лежащие поверх слоя ещё не горящие поленья затрудняют унос мелких угольков.

Известно, что при меньшем сечении конуса, но при одном и том же режиме работы скорость струи пара, вылетающего из конуса, увеличивается, вызывая увеличение разрежения в дымовой коробке и скорости протекания газов по трубкам, а следовательно, и увеличение унсса частиц топлива. Это предположение очевидно,

так как провал в зольник остаётся почти постоянной величиной по отношению к часовому расходу топлива.

Для уменьшения уноса, как показала практика, необходимо прибегать к смачиванию угля; однако нужно иметь в виду, что при этом понижается температура в топке. Кроме того, для борьбы с уносом могут быть использованы топочные своды, которые, помимо основного своего назначения - аккумулирования тепла и поддержания в топке более равномерной температуры, способствуют догоранию мелких частиц в пределах топочного пространства.

При дровяном отоплении механические потери гораздо меньше, чем при угольном, а при нефтяном отоплении эти потери принимаются, равными нулю.

Если учесть | химические и механические потери сгорания, обозначаемые здесь через р2 и (?2 , то действительно реализуемое в топке тепло может быть выражено следующим уравнением

Я = О_0-{д2 + О;'2). (26)

При подстановке этой величины в общее уравнение тепла можно определить так называемую действительную температуру горения Т\.

На угольном, дровяном и торфяном отоплении, которому присущи механические потери, уравнение тепла для определения действительной температуры горения будет иметь вид

<? = Ро-(РН-^) = н.(лГ^ + М?). * (27)

Подстановка \>. необходима потому, что в состав коэфициентов М и 1V должно входить только фактически сгоревшее топливо, т. е.

где (а-коэфициент механической полноты горения.

Цифровые значения коэфициента р. можно получить из приведённых кривых механических потерь следующим образом:

[А = 1

Для нашего примера коэфициент р. будет равен 1-0,112 = 0,888.

Потеря тепла от механической неполноты сгорания топлива может быть определена из уравнения

£?'2 = (1 -и) д0 = (1 - 0,888) 1 486 000= 166 432 ккал/час.

Вводя поправку на несгоревшее топливо, химические потери будут равны р2 = 0,888-94 264 = 83 706 ккал/час.

Действительно реализованное тепло в топке для нашего примера будет равно

Я = 1 486 000 - (83 706 + 166 432) = 1 235 862 ккал/час.

Подсчитав (5, можно определить действительную температуру горения:

1 235 862 = 0,888 (732/д + 0,0792 1?).

Раскрыв скобки и решая полученное уравнение, найдём

_ 05(1 .. | 050- 1-1 235 862 о,о703 ' ~" - 2-0,0703" ~ '

Температура 1д зависит от величины топочных потерь, которые изменяются в зависимости от коэфициента избытка воздуха и напряжения колосниковой решётки у; следовательно и 1 0\ *).

Этот, вывод подтверждается опытными данными о химических и механических потерях.

⇐ | Располагаемое тепло и теоретическая температура горения | | Паровозы узкой колеи (750мм) | | Потери тепла с уходящими газами, на внешнее охлаждение котла и на служебные нужды | ⇒