صفحه 1 از 2
شيمي احتراق در ديگ بخار - قسمت پنجم
سوختهاي 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 0.2% بالغ مي گردد، در حاليكه در مورد زغالهاي با درجه زير 50mm اين مقدار به 20% مي رسد. (جدول 3-3) 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 40% هواي اضافي براي احتراق زغال در ديگهاي بخار متوسط (كه مقدارش در ديگهاي بزرگ، كمتر است) معادله هاي احتراق بررسي مي شود. قابل ذكر است كه در احتراق نفت كوره در ديگهاي متوسط مقدار هواي اضافي 17% است كه اين مقدار در ديگهاي 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 12 و جرم مولي اكسيژن 32 مي باشد. بنابراين موازنه مولي به اين صورت است: 44 واحد جرمي دي اكسيد كربن = 32 واحد جرمي اكسيژن + 12 واحد جرمي كربن طبق جداول قبلي مقدار كربن در تجزيه سوخت برابر با 66% است، يعني 0.66 كيلوگرم كربن در يك كيلوگرم سوخت. بنابراين، براي اين سوخت، جرمهاي مولي در (0.66/12) ضرب مي شود كه معلوم مي شود 0.66 كيلوگرم كربن نياز به 1.76 كيلوگرم اكسيژن دارد تا 2.42 كيلوگرم دي اكسيد كربن بدهد. معادله به اين صورت است: 0.66 C + 1.76 O2 = 2.42 CO2 [10-3] جهت ساير اجزاء تشكيل دهنده سوخت نيز به همين ترتيب عمل مي شود. ·مقدار هيدروژن 4.1% يعني 0.041 كيلوگرم سوخت است. 2H2+O2=2H2O 4+32=36 با ضرب دو طرف معادله در (0.041/4) 0.041H2 + 0.328 O2 = 0.369 H2O [11-3] * مقدار گوگرد 1.7% يعني 0.017 كيلوگرم در هر كيلوگرم سوخت است. S+O2=SO2 32+32=64 با ضرب دو طرف معادله در (0.017/32) 0.017S + 0.017 O2 =0.034 SO2 [12-3] نتايج فوق در جدول 3-7 خلاصه شده كه در آن مقدار اكسيژن موجود در سوخت، هنگام تعيين مقدار تئوري اكسيژن لازم، در نظر گرفته شده است . با اضافه كردن 40% 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 13.297 = كيلوگرم سوخت بدون خاكستر 0.923 + كيلوگرم سوخت/ كيلوگرم هوا 12.374 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 3-1 آناليز آن به جرم تبديل شود.
جدول 3-7 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
-
-
-
-
0.013
-
-
-
-
0.034
-
-
-
-
-
0.369
-
-
-
0.120
-
2.42
-
-
-
-
-
-
1.760
0.328
0.017
-0.072
66.0
4.1
1.7
7.2
1.3
12.0
7.7
C
H
S
O2
N2
H2o
خاكستر
0.013
0.034
0.489
2.42
2.033

مجموع
هوا شامل 23% وزني اكسيژن و 77% وزني ازت است . هواي تئوري لازم براي تهيه 2.033 كيلوگرم اكسيژن به اين صورت است: كيلوگرم هوا 2.033 o2 + 6.806N2 = 8.839 هواي لازم با احتساب 40% هواي اضافي، 2.846O2 + 9.528 N2 = 12.374 كل محصولات احتراق (مرطوب) با 40% هواي اضافي و ازت موجود در سوخت از اين قرار است: (2.846-2.033) 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 40% هواي اضافي و ازت موجود در سوخت از اين قرار است: (2.846-2.033)O2 +(9.528 +0.013)N2+2.42CO2+0.034 SO2 = 12.808 كيلوگرم سوخت / كيلوگرم گاز اين ارقام در جدول 3-8 خلاصه شده است. محصولات احتراق سوختهاي جامد و مايع براي تبديل جرمي اين سوختها به حجمي، بايد عكس عمليات بخش 3-2 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 3-8 خلاصه شده است. هنگام بهره برداري از ديگهاي 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 3-1 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 1.24 KG M-3و چگالي محصولات احتراق زغال 1.323 kg m-3 مي باشد و در مورد سوخت سنگين كوره رقمي بين اين دو مناسب است. چگالي هوا 1.29 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
12.26
6.02
0.11
75.95
5.66
0.0550
0.0270
0.0005
0.3407
0.0254
2.420
0.489
0.034
9.541
0.813
13.046
-
0.119
80.81
6.025
0.0550
-
0.0005
0.3407
0.0254
2.420
-
0.034
9.541
0.813
44
18
64
28
32
Co2
H2O
SO2
N2
O2
100.0
0.4486
13.297
100
0.4216
12.808

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