TET – 4.697 Katelseadmed (2,0 AP)

1. TET – 4.697 Katelseadmed (2,0 AP) Kütused ja põlemine

2. Energia vormid (liigid) • Mehaaniline energia • Keemiline energia • Soojusenergia • Kiirgusenergia • Elektrienergia • Tuumaenergia

3. Kütuste energia • Keemiline energia, mis vabaneb kütuse keemilisel ühinemisel oksüdeerijaga (õhuhapnikuga).

4. Kütused • Energeetikas kasutatavad kütused on orgaanilise päritoluga maavarad või nende töötlemise saadused. • Kütuseks loetakse aineid, mis täidavad tingimusi: küllaldane reageerimiskiirus oksüdeerijaga, gaasilised põlemisproduktid, lihtne tootmine, küllaldane levik looduses.

5. Kütuste liigid (agregaatoleku järgi) • Tahkekütused • Vedelkütused • Gaaskütused

6. Kütuse koostis Kütus koosneb: • Orgaaniline osa – keerukad süsiniku, vesiniku, hapniku, lämmastiku ja orgaanilise väävli ühendid • Mineraalosa – savi, ränioksiid, karbonaadid, sulfaadid, sulfiidid, metallide ühendid jne. Looduslikus gaasis ei leidu. Tekitab tuhka. • Niiskus – väline niiskus ehk mehaaniline niiskus (eraldub temperatuuril >20°C) ja sisemine ehk kolloidne niiskus(seotud kütuse orgaanilise ainega, eraldub temperatuuril >100 °C).

7. Kütuse koostis Soojustehniliste arvutuste lihtsustamiseks esitatakse kütuse koostis keemiliste elementide massiprotsentides: C+H+O+N+S+A+W=100%, Kus A – tuhk W - niiskus

8. Gaaskütuse koostis Gaaskütus on mehaaniline segu üksikutest gaasikomponentidest. Gaaskütuse koostist keemiliste elementide massiprotsentide summana esitatakse harva. Tavaliselt esitatakse gaaskütuse koostis kuiva gaasi kohta mahuprotsentides: CO+H2+CH4+H2S+CO2+N2+O2+…=100%

9. Kütuse koostise mõisted • Tarbimisaine • Kuivaine • Põlevaine • Analüütiline aine

10. Tarbimisaine • Kütus tarbijale saabuval kujul Kütuse tarbimisaine koostis massiprotsentides: Ct+Ht+Ot+Nt+Sot+Spt+At+Wt=100%, Kus So- orgaaniline väävel Sp- püriidi FeS2 koostises olev väävel, mis erinevalt muust mineraalosast kuulub põlevaine koosseisu

11. Kuivaine Kuivaineks nimetatakse niiskuseta kütust. Kuivaine koostis massiprotsentides: Ck+Hk+Ok+Nk+Sok+Spk+Ak=100%,

12. Põlevaine • Põlevaineks nimetatakse niiskuse ja tuhavaba kütust. Tähtsamad komponendid süsinik ja vesinik. Lämmastik ja hapnik on ballast. Põlevaine koostis massiprotsentides: Cp+Hp+Op+Np+Sop+Spp=100%,

13. Analüütiline aine • Peenestatud ja kuivatatud kütus , mis läheb laboratooriumis analüüsimisele. Tarbimisainest erinev niiskuse sisaldus.

14. Kütuse koostise ümberarvutustegurid

15. Kütuse kütteväärtus • Kütuse alumise kütteväärtuse leidmine massiprotsentides esitatud tarbimiskütuse koostise järgi : Q=339C+1020H-109(O-S)-25W, kJ/kg

16. Gaaskütuse kütteväärtus • Gaaskütuse alumise kütteväärtuse leidmine mahuprotsentides esitatud koostise järgi : Qg=103H+126CO+385CH4+640C2H6+930+ +C3H8+1200C4H10+230H2S, kJ/m3n

17. Tahkekütuse kvaliteedinäitajad • Kütteväärtus, MJ/kg • Niiskus, % • Tuhasisaldus, % • Tihedus, kg/m3 • Puistetihedus, kg/m3 • Tükisuuruse ühtlus

18. Vedelkütuse kvaliteedinäitajad • Viskoossus ehk sisehõõrdumine • Tihedus, kg/m3 • Hangumistemperatuur, °C • Filtreeritavuspunkt, °C • Leekpunkt, °C • Tuhasus, % • Väävlisisaldus, % • …

19. Viskoossus • Vedeliku omadus avaldada takistust vedelikukihtide nihkumisele üksteise suhtes. Sõltub temperatuurist, mille tõustes väheneb, langedes suureneb. Kinemaatiline viskoossus – h, m2/s või St (stooks) 1 St = 10-4 m2/s Suhteline viskoossus – E, ° (tingkraad) Seos kinemaatilise h (St) ja suhtelise viskoossuse E vahel: h = 0,073E-0,063E

20. Leekpunkt • Minimaalnetemperatuur, mille juures kütuse aurud süttivad leegi juurdeviimisel, kuid kustuvad kohe. • Lahtise mahuti temperatuur hoida 10K madalam tuleohu vältimiseks.

21. Gaaskütuse kvaliteedinäitajad • Kütteväärtus, MJ/m3n • Tihedus, kg/m3n Antakse normaaltingimustel: temperatuur t = 0°C rõhk p = 760 mmHg (101,3 kPa)

22. Põlemine • Keemilis-füüsikaline protsess, kus kütuse põlevaine ühineb keemiliselt hapendajaga (oksüdeerijaga) ning seejuures eraldub soojus (põlemissoojus).

23. Kütuse põlemiseks kuluv aeg • Gaaskütus = kütuse ja hapendaja segunemine + keemiline reaktsioon • Vedelkütus = kütuse kuumutamine + kütuse aurustumine ja termiline lagunemine + kütuse ja hapendaja segunemine + keemiline reaktsioon • Tahkekütus = kütuse kuumutamine + niiskuse aurustumine ja lendosade eraldumine + kütuse ja hapendaja segunemine + keemiline reaktsioon NB Osade protsesside ajad kattuvad

24. Gaaskütuse põlemine • Nimetatakse homogeenseks põlemiseks, sest kütus on gaasilises olekus nagu hapendajagi • Kütus süttib ainult siis, kui on hapnikuga teatud kontsentratsioonilises vahekorras. • Põlevsegu põlemisintensiivsust iseloomustab leegilevi normaalkiirus

25. Vedelkütuse põlemine • Heterogeenne põlemine • Vedelkütus põleb aurufaasis • Vedelkütuse tilga põlemisaja määrab kütuse aurustumisintensiivsus • Põlemise intensiivistamiseks tuleb vedelkütus pihustada võimalikult peeneks • Et vedelkütus põleks suure intensiivsusega ja tahmavabalt, tuleb leegi südamikus tagada hapendav keskkond

26. Tahkekütuse põlemine • Osakese kuumenemine ja kuivamine • Lendosade eraldumine ja põlemine • Kütuse termilisel lagunemisel moodustunud koksi põlemine Põlemise intensiivistamiseks tuleb vähendada kütuse osakese läbimõõtu.

27. Kütuse põlemiseks teoreetiliselt vajalik õhuhulk • Õhu kogus, mis on minimaalselt vajalik kütuse ühiku täielikuks põlemiseks

28. Teoreetilise õhukulu arvutamine Tahke- või vedelkütuse täielikuks põlemiseks vajalik õhuhulk, kui on teada tarbimiskütuse koostis massiprotsentides: Vo = 0,0889(Ct+0,375Sto+s+0,265Ht-0,0333Ot), m3n/kg

29. Õhuhulk täieliku põlemise tagamiseks • Täielik põlemine on võimalik teoreetilisest õhukogusest suurema õhukogusega, sest kogu koldesse antavat hapniku ei ole võimalik kütusega rektsiooni viia. • Üle teoreetilise koguse antav õhk on liigõhk • Tegelikult koldesse antava ja teoreetilise õhuhulga suhe on liigõhutegur.

30. Põlemisgaasi koostis Kütuse täielikul põlemisel tekkiv põlemisgaas sisaldab kuivi gaase CO2, SO2, N2 ja O2 ning veeauru H2O. Mittetäielikul põlemisel võib põlemisgaasis olla veel süsivesinikke, vesinikku ja vingugaasi.

31. Põlemisgaasi maht täielikul põlemisel Arvutatakse normaalkuupmeetrites 1 kg tahke- või vedelkütuse või 1 m3n gaaskütuse kohta (m3n/kg, m3n / m3n) Vg = Vk.g + VH2O =VCO2+VSO2+VN2+VO2+ VH2O = = VRO2+VN2+VO2+ VH2O Kus Vk.g – kuivade põlemisgaaside maht VH2O – veeauru maht VRO2- kuivade kolmeaatomiliste gaaside maht jne

32. Kuivade kolmeaatomiliste gaaside maht põlemisgaasis VRO2=0,01866 (Ct+0,375Sto+s)

33. Lämmastiku maht põlemisgaasis Lämmastiku teoreetiline maht: VoN2= 0,79 Vo+0,008Nt Lämmastiku tegelik maht: VN2= VoN2+0,79(a-1)Vo

34. Hapniku maht põlemisgaasis VO2= 0,21(a-1)Vo

35. Veeauru maht põlemisgaasis Veeauru teoreetiline maht: VoH2O = 0,111Ht+0,0124Wt+0,0161Vo+1,24Wp Veeauru tegelik maht: VH2O = VoH2O +0,0161(a-1)Vo kus Wp – pihustusauru kulu, kg/kg

36. Põlemise kontroll gaasianalüüsi järgi • Teostatakse katla kasuteguri hindamiseks Tavaliselt mõõdetakse temperatuur ning hapniku ja süsinikoksiidi sisaldus suitsugaasides. Nende andmete järgi arvutatakse liigõhutegur, kasutegur jne. • Välisõhusaaste määramiseks Mõõdetakse keemiliste ühendite kontsentratsiooni suitsugaasides. Mõõtmistulemuse järgi määratakse saastetasu suurus.

37. Ülesanne Arvuta puitkütuse kütteväärtus ja täielikuks põletamiseks vajalik õhukogus ning põlemisgaasi kogus. Algandmed: Kütus Cp-49%, Hp-6%, Op-44%, Np-1% At-1%, Wt-25% Liigõhutegur 1,1 Katla võimsus 50 kW Katla kasutegur 70 %

38. Kasutatud kirjandus • Mikk, I. Soojustehnika käsiraamat. Tln.: Valgus, 1977. 619 lk. • Veski, A. Katelseadmed. Tln.: Valgus, 1991. 192 lk.