شيمي احتراق ديگ بخار-قسمت پنجم

شيمي احتراق در ديگ بخار – قسمت پنجم

سوخت هاي جامد و مايع

تجزيه سوختهاي جامد و مايع بر مبناي جرمهاي عناصر شيميايي قابل احتراق موجود در سوخت انجام مي گيرد، برخلاف تجزيه گازها كه اين كار براساس نسبتهاي حجمي گازهاي تشكيل دهنده ، نظير متان CH4 صورت مي گرفت.

سوختهاي جامد نيز داراي مواد معدني و رطوبت هستند، كه مواد جامد تبديل به خاكستر مي گردد و رطوبت نيز تبخير شده و باعث رقيق كردن محصولات احتراق مي شود. سوختهاي مايع ته مانده برج تقطير، نظير سوخت سنگين كوره داراي مواد معدني و رطوبت است كه مقدار آن بسيار كمتار از مقادير موجود در سوختهاي جامد است و در كل به حدود ۰٫۲% بالغ مي گردد، در حاليكه در مورد زغالهاي با درجه زير ۵۰mm اين مقدار به ۲۰% مي رسد. (جدول ۳-۳)

محاسبه هواي لازم جهت احتراق و تجزيه محصولات احتراق سوختهاي جامد و مايع تقريبا نظير سوختهاي گاز است. براي مثال در مورد زغال، مواد قابل احتراق آن كربن، هيدروژن و گوگرد مي باشد. همان طور كه در جدول ديده مي شود مقدار قابل ملاحظه اي اكسيژن در تجزيه وجود دارد كه از قبل با بعضي از اجزاء تشكيل دهنده سوخت تركيب شده و بنابراين مقدار آن از كل اكسيژن لازم (به مقدار تئوري ) كسر مي گردد.

حال با در نظر گرفتن ۴۰% هواي اضافي براي احتراق زغال در ديگ هاي بخار متوسط (كه مقدارش در ديگهاي بزرگ، كمتر است) معادله هاي احتراق بررسي مي شود. قابل ذكر است كه در احتراق نفت كوره در ديگ هاي متوسط مقدار هواي اضافي ۱۷% است كه اين مقدار در ديگ هاي لوله – آبي بزرگ، كمتر مي باشد.

چون آنليز سوخت بر مبناي جرمي است، محاسبات احتراق نيز بر اساس جرم انجام مي گيرد.

معادله احتراق كربن به اين صورت است:

C+o2 = co2

جرم مولي كربن ۱۲ و جرم مولي اكسيژن ۳۲ مي باشد. بنابراين موازنه مولي به اين صورت است:

۴۴ واحد جرمي دي اكسيد كربن = ۳۲ واحد جرمي اكسيژن + ۱۲ واحد جرمي كربن

طبق جداول قبلي مقدار كربن در تجزيه سوخت برابر با ۶۶% است، يعني ۰٫۶۶ كيلوگرم كربن در يك كيلوگرم سوخت. بنابراين، براي اين سوخت، جرمهاي مولي در (۰٫۶۶/۱۲) ضرب مي شود كه معلوم مي شود ۰٫۶۶ كيلوگرم كربن نياز به ۱٫۷۶ كيلوگرم اكسيژن دارد تا ۲٫۴۲ كيلوگرم دي اكسيد كربن بدهد. معادله به اين صورت است:

۰٫۶۶ C + 1.76 O2 = 2.42 CO2 [10-3]

جهت ساير اجزاء تشكيل دهنده سوخت نيز به همين ترتيب عمل مي شود.

· مقدار هيدروژن ۴٫۱% يعني ۰٫۰۴۱ كيلوگرم سوخت است.

۲H2+O2=2H2O

۴+۳۲=۳۶

با ضرب دو طرف معادله در (۰٫۰۴۱/۴)

۰٫۰۴۱H2 + 0.328 O2 = 0.369 H2O     [۱۱-۳]

* مقدار گوگرد ۱٫۷% يعني ۰٫۰۱۷ كيلوگرم در هر كيلوگرم سوخت است.

S+O2=SO2

۳۲+۳۲=۶۴

با ضرب دو طرف معادله در (۰٫۰۱۷/۳۲)

۰٫۰۱۷S + 0.017 O2 =0.034 SO2 [12-3]

نتايج فوق در جدول ۳-۷ خلاصه شده كه در آن مقدار اكسيژن موجود در سوخت، هنگام تعيين مقدار تئوري اكسيژن لازم، در نظر گرفته شده است . با اضافه كردن ۴۰% هواي اضافي، آناليز گازهاي خروجي از كوره براساس موازنه جرمي معين شده است.

در اين وضعيت، براساس محاسباتي كه براساس جرم انجام شده مي توان نتايج را آزمايش و بررسي كرد. به طور مثال :

جرم گازهاي خروجي از كوره = جرم سوخت بدون خاكستر + جرم هواي داده شده

كيلوگرم گازهاي خروجي از كوره ۱۳٫۲۹۷ = كيلوگرم سوخت بدون خاكستر ۰٫۹۲۳ + كيلوگرم سوخت/ كيلوگرم هوا ۱۲٫۳۷۴

اين محاسبه برقراري جريان كافي گازهاي حاصل از احتراق را در كوره جهت محاسبات انتقال حرارت فراهم مي سازد. محاسبات سوختهاي گاز را نيز مي توان براساس جرمي محاسبه كرد مشروط بر آن كه ابتدا مطابق ستون F جدول ۳-۱ آناليز آن به جرم تبديل شود.

جدول ۳-۷ آناليز محصولات احتراق جرمي زغال

محصولات احتراق با اكسيژن سوخت kg/

گاز kg

درجه اكسيژن تئوري سوخت Kg/kg

درصد جرمي اجزا سوخت

تركيبات سوخت

N2

So2

H2o

Co2

۰٫۰۱۳

۰٫۰۳۴

۰٫۳۶۹

۰٫۱۲۰

۲٫۴۲

۱٫۷۶۰

۰٫۳۲۸

۰٫۰۱۷

-۰٫۰۷۲

۶۶٫۰

۴٫۱

۱٫۷

۷٫۲

۱٫۳

۱۲٫۰

۷٫۷

C

H

S

O2

N2

H2o

خاكستر

۰٫۰۱۳

۰٫۰۳۴

۰٫۴۸۹

۲٫۴۲

۲٫۰۳۳

 

مجموع

هوا شامل ۲۳% وزني اكسيژن و ۷۷% وزني ازت است . هواي تئوري لازم براي تهيه ۲٫۰۳۳ كيلوگرم اكسيژن به اين صورت است:

كيلوگرم هوا ۲٫۰۳۳ o2 + 6.806N2 = 8.839

هواي لازم با احتساب ۴۰% هواي اضافي،

۲٫۸۴۶O2 + 9.528 N2 = 12.374

كل محصولات احتراق (مرطوب) با ۴۰% هواي اضافي و ازت موجود در سوخت از اين قرار است:

(۲٫۸۴۶-۲٫۰۳۳) o2+(9.528 +0.013)N2 + 2.42 CO2 +0.489 H2O+0.034SO2 = 13.297 كيلوگرم سوخت/ كيلوگرم گاز

كل محصولات احتراق (خشك) با ۴۰% هواي اضافي و ازت موجود در سوخت از اين قرار است:

(۲٫۸۴۶-۲٫۰۳۳)O2 +(9.528 +0.013)N2+2.42CO2+0.034 SO2 = 12.808

كيلوگرم سوخت / كيلوگرم گاز

اين ارقام در جدول ۳-۸ خلاصه شده است.

محصولات احتراق سوختهاي جامد و مايع

براي تبديل جرمي اين سوختها به حجمي، بايد عكس عمليات بخش ۳-۲ را انجام داد، به اين صورت كه نسبت جرمي هر يك از اجزا را بر جرم مولكولي خوشد تقسيم نمود تا نسبت حجمي بدست ايد . از اين نسبت حجمي مي توان درصد حجمي (مرطوب يا خشك) را مشخص كرد. نتايج حاصل در جدول ۳-۸ خلاصه شده است.

هنگام بهره برداري از بویلر های بخار لازم است نسبت بين اكسيژن و دي اكسيد كربن موجود در محصولات احتراق و نيز هواي اضافي مصرف شده جهت احتراق معلوم گردد. براي اين منظور مي توان از شكل ۳-۱ يا نمودارهايي كه از يك سري محاسبات با مقادير مختلف هواي اضافي براي سوخت تهيه شده، استفاده كرد. همچنين مي توان از فرمول زير استفاده نمود:

VCO2= (1-(VO2/21))VCO2

كه در آن :

درصد حجمي دي اكسيد كربن در گازهاي كوره V CO2

درصد حجمي اكسيژن در گازهاي كوره VO2

درصد تئوري حجمي دي اكسيد كربن براي سوخت معين V CO2

قابل ذكر است كه چگالي محصولات احتراق گاز طبيعي ۱٫۲۴ KG M-3 و چگالي محصولات احتراق زغال ۱٫۳۲۳ kg m-3 مي باشد و در مورد سوخت سنگين كوره رقمي بين اين دو مناسب است. چگالي هوا ۱٫۲۹ kg m-3 است كه در ارزيابي هاي تقريبي مي توان چگالي محصولات احتراق سوختهاي تجاري را بدون اختلاف فاحشي، با چگالي هوا برابر گرفت.

درصد حجمي

نسبت حجمي
D=B/A

جرم تر سوخت kg/kgB

درصد حجم خشك

نسبت حجمي

C=B/A

جرم خشك سوخت kg/kgB

جرم مولكولي A

محصولات احتراق

۱۲٫۲۶

۶٫۰۲

۰٫۱۱

۷۵٫۹۵

۵٫۶۶

۰٫۰۵۵۰

۰٫۰۲۷۰

۰٫۰۰۰۵

۰٫۳۴۰۷

۰٫۰۲۵۴

۲٫۴۲۰

۰٫۴۸۹

۰٫۰۳۴

۹٫۵۴۱

۰٫۸۱۳

۱۳٫۰۴۶

۰٫۱۱۹

۸۰٫۸۱

۶٫۰۲۵

۰٫۰۵۵۰

۰٫۰۰۰۵

۰٫۳۴۰۷

۰٫۰۲۵۴

۲٫۴۲۰

۰٫۰۳۴

۹٫۵۴۱

۰٫۸۱۳

۴۴

۱۸

۶۴

۲۸

۳۲

Co2

H2O

SO2

N2

O2

۱۰۰٫۰

۰٫۴۴۸۶

۱۳٫۲۹۷

۱۰۰

۰٫۴۲۱۶

۱۲٫۸۰۸

 

مجموع

منبع مطالب :كتاب تكنولوژي ديگهاي بخار صنعتي تاليف David Gunn & Robert Horten و با ترجمه مهندس رفيعي پور

! کپی ممنوع * استفاده از مطالب اين سايت فقط با ذكر نام منبع بلامانع مي باشد * کپی ممنوع !

انواع ديگ هاي(بويلرهاي) بخار مشهد بويلر انواع ديگهاي(بويلرهاي)روغن داغ مشهد بويلر انواع ديگ هاي(بويلرهاي) آبگرم(آبداغ)-ديگ فولادي مشهد بويلر بخارشوي-كارواش-تجهيزات موتورخانه-روغن حرارتي-هيتر هواي گرم فيلترشني-مبدل حرارتي-سختي گير-موگير و صافي-منبع كوئل دار مقاللات تخصصي بويلر(ديگ بخار)-نرم افزارهاي تخصصي-استانداردهاي فني