Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Топливо – это вещества органического происхождения, которые при нагревании в присутствии кислорода интенсивно окисляются с выделением значительного количества тепла. 2 страница




 

3.5. Примеры расчетов горения топлива.

Для расчета горения топлива можно использовать два метода:

-табличный;

-расчетный.

В рассмотренных ниже примерах будем использовать оба метода.

 

Пример 1.

Определить расход воздуха, состав и количество продуктов сгорания и калориметрическую температуру горения мазута. Его состав следующий, %: CР=85,6, НР=10,5, NР=0,7, ОР=0,5, SР=0,7, АР=0, WР=2. Провести расчет при величине коэффициента избытка воздуха n=1,15. Температура подогрева воздуха tВ=300 ˚ С.

Решение:

Расход воздуха, состав и количество продуктов сгорания определим, пользуясь табличным методом. Для удобства расчет горения жидкого топлива следует вести на 100 кг горючего.

В основу расчета положены реакции полного сгорания отдельных элементов:

 

С + О2 = СО2

 

Н2 + ½ О2 = Н2О

 

S + О2 = SО2

 


 

 

Таблица 4

 

Форма таблицы для записи результатов определения расхода воздуха, количества и состава продуктов сгорания

 

Участвуют в горении Газообразные продукты, образующие при горении  
Топливо Воздух СО2, кмоль Н2О, кмоль 2, кмоль О2, кмоль N2, кмоль всего  
Составляющие Содержание Масса, кг Молекулярная масса Количество, кмоль О2, кмоль N2, кмоль всего  
кмоль м3  
кмоль м3  
 
 
С Н S О N W 85,6 10,5 0,7 0,5 0,7 2,0 85,6 10,5 0,7 0,5 0,7 2,0   7,13 5,25 0,022 0,016 0,025 0,111 7,13 2,625 0,022 -0,016 - - 9,761∙3,76 9,761∙36,7 46,462∙22,4 7,13 - - - - - - 5,25 - - - 0,111 - - 0,022 - - - - - - - - - 36,7 (из воздуха) 0,025 -   49,238∙22,4  
Суммарное значение: при n=1 (%)   при n=1,15 (%)     9,761 (21)   11,22 (21)   36,7 (79)   42,205 (79)   46,462 (100)   53,43 (100)   1040,76     1196,87   7,13 (14,48)   7,13 (12,68)   5,361 (10,89)   5,361 (9,54)   0,022 (0,045)   0,022 (0,039)   -     1,464 (26,09)   36,725 (74,58)   42,234 (75,14)   49,238 (100)   56,211 (100)   1102,9     1259,1  

 


Для определения калориметрической температуры необходимо знать теплоту сгорания топлива. Для жидкого топлива ее можно определить по формуле Д. И. Менделеева (см. табл. 3).

=339 ∙ 85,6 + 1030 ∙ 10,5 – 109 (0,5 – 0,7) – 25 ∙ 2 = 39805,2 кДж/кг

Определим энтальпию продуктов сгорания при условии, что воздух подогрет до 300 ˚ С:

I0= кДж/м3

Задаемся возможной температурой горения tК = 1800˚ С.

Для этой температуры энтальпия продуктов сгорания (см. приложение 3) будет равна:

СО2 + SО2......... (0,1268+0,00039) ∙ 4360,67=553,81

Н2О....................... 0,0954 ∙ 3429,9=327,21

О2.........................0,2609 ∙ 2800,48=730,65

N2.........................0,7514 ∙ 2646,74=1988,76

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Итого.................................... 3600,43 кДж/м3

Поскольку I0<I1800 ˚ С, то действительная калориметрическая температура будет ниже 1800 ˚ С.

Примем tК = 1700 ˚ С, тогда энтальпия составит

СО2 + SО2......... (0,1268+0,00039) ∙ 4087,1=519,06

Н2О....................... 0,0954 ∙ 3203,05=305,57

О2.........................0,2609 ∙ 2632,09=686,71

N2.........................0,7514 ∙ 2486,28=1868,19

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Итого.................................... 3380,05 кДж/м3

Поскольку I1800 ˚ С<I0, действительная калориметрическая температура лежит в пределах 1700 – 1800 ˚ С. Калориметрическую температуру горения определяют интерполяцией:

tК=1700 + 1775 ˚ С.

 

Пример 2.

Для случая сжигания смешанного газа (смеси коксовального и природного газов) с теплотой сгорания 12 МДж/м3 определить расход воздуха, состав и количество продуктов сгорания, калориметрическую температуру горения при коэффициенте расхода (избытка) воздуха n=1,2. Температура подогрева, воздуха 400 ˚ С. Составить материальный баланс процесса горения.

Состав генераторного газа из тощих топлив (топливо А), %: СО2=6, СО=27, Н2=13, СН4=0,6, N2=53,4. Влажность топлива А WА=24 г/м3.

Состав природного Бугурусланского газа (топливо Б), %: СН4=77,8, С2Н6=4,4, С3Н8=1,7, С4Н10=0,8, СО2=0,2, Н2S=1, N2=14. Влажность топлива Б WБ=4,5 г/м3.

Решение:

1) Производим пересчет с сухой массы на влажную:

 

Расчёт для газа А:

5,83 + 26,22 + 12,62 + 51,85 + 0,58 + 2,89 = 99,99 100

 

Расчёт для газа Б:

0,20 + 77,38 + 1,69 + 0,80 + 13,92 + 0,99 + 4,38 + 0,56 = 99,92 100

 

2) Определим теплоту сгорания каждого газа:

Qрн = 127 СО + 108 Н2 + 358 СН4 + 590 С2Н4 + 555 С2Н2 + 635 С2Н6 + 913 С3Н8 +1185 С4Н10 + 1465 С5Н12 + 234 Н2S

Qрн (А) = 127 · 26, 22 + 108 · 12, 62 + 358 · 0, 58 = 4900, 54 кДж/м3

Qрн (Б) = 358 · 77,38 + 635 · 4,38 + 913 ·1,69 + 1185 · 0,8 + 234 · 0,99 = =33205,97 кДж/м3

3) Определим состав смеси 2-х топлив:

Для этого прежде всего определим долю топлива А в смеси, которую обозначим через а:

Посчитаем состав смеси:

ХСМАа+ХБ(1-а)

СО2см = СО2А а + СО2Б (1-а) = 5,83 · 0,75 + 0,20 · 0,25 = 4,42 %

СОсм = 26,22 · 0,75 = 19,67 %

Н2см = 12,62 · 0,75 = 9,47 %

СН4см =0,58 · 0,75 + 77,38 · 0,25 = 19,78 %

N2cм = 51, 85 · 0, 75 + 13, 92 · 0, 25 = 42, 38 %

С3Н8см =1,69 · 0,25 = 0,42 %

С4Н10см =0,8 · 0,25 = 0,20 %

С2Н6см = 4,43 · 0,25 = 1,1 %

Н2Sсм = 0.99 · 0,25 = 0,25 %

Н2Осм = 2,89 · 0,75 + 0,56 · 0,25 = 2,31 %

4,42 + 19,67 + 9,47 + 19,78 + 42,38 + 0,42 + 0,20 + 0,25 + 1,1 + 2,31 = 99,99

4) определить расход воздуха, количество и состав продуктов сгорания:

Определим расход воздуха, состав и количество продуктов сгорания в табличной форме. Расчет ведём на 100 м3 газа.

Участвуют в горении Образуется продуктов сгорания, м3
Топливо, м3 Воздух, м3
составляющая содержание, м3 О2 N2 всего СО2 Н2О О2 N2 SO2 всего
СО2 СО Н2 СН4 N2 C3Н8 C4Н10 Н2S C2Н6 Н2О 4,42 19,67 9,47 19,78 42,38 0,42 0,20 0,25 1,10 2,31 -- 9,84 4,73 39,56 -- 2,10 1,30 0,38 3,85 - 61,75 · 3,76 = 231,20 61,753+231,20=294,0 4,42 19,67 -- 19,78 -- 1,26 0,80 -- 2,2 -- -- -- 9,47 39,56 -- 1,68 1,00 0,25 3,30 2,31 -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 42,38+231,20= 273,58 -- -- -- -- -- -- -- 0.25 -- --  
n = 1   61.75   231.2   292.95   48.13   57.56   -- 273.6   0.25   379.52  
n = 1,2   74.10 (21.0) 277.4 (79.0) 351.54 (100) 48.13 (10.6) 57.56 (12.64) 21.18 (4.65) 328.3 (72.1) 0.25 (0.06) 455.42 (100)

5) Для проверки правильности расчета составим материальный баланс. Расчет является верным, если погрешность не превышает 5%.

Поступило, кг: Получено, кг:

В том числе:

Топливо

СО2 =4,42 · 1,96 = 8,66 СО2 = 48.13 1.96 = 94.33

СО = 19,67 · 1,25 = 24,59 Н2О = 57.56 0.8 = 46.05

Н2 = 9,47 · 0,09 = 0,85 О2 = 21.18 1.43 = 30.29

СН4 = 19,78 ·0,71 = 14,04 N2 = 328.3 1.25 = 410.38

N2 = 42, 38 · 1, 25 = 52, 98 SO2 = 0.25 2.86 = 0.72

C3Н8 = 0, 42 · 1, 96 = 0, 82 ––––––––––––––––––––––

C4Н10 = 0, 2 · 2, 59 = 0, 52 Итого 581,76

Н2S = 0,25 ·1,52 = 0,38

C2Н6 = 1, 1 · 1, 34 = 1, 47

Н2О = 2,31 · 0,8 = 1,85

 

Воздух

О2 = 74,1 · 1,43 = 105,96

N2 = 277, 44 · 1, 25 = 346, 80

–––––––––––––––––––––––––

Итого 558,90

 

Погрешность

Из таблицы следует, что для сжигания 100 м3 необходимо затратить 351,54 м3 воздуха, при данной величине коэффициента избытка воздуха, равной 1,2. При этом образуется продуктов сгорания 455,42 м3.

6) Определим калориметрическую температуру горения:

Для этого необходимо найти начальную энтальпию (теплосодержание) 1м3 продуктов сгорания:

I = Io + Iв + Iг

где Io, Iв, Iг – соответственно количества тепла, получаемые от сжигания топлива и вносимые подогретым воздухом и газом.

Таким образом, количества тепла, получаемое от сжигания топлива в расчёте на единицу объёма продуктов сгорания, будет равно

Количества тепла, вносимое подогретым воздухом, может быть определено следующим образом:

где св – теплоемкость воздуха при 400оС


 

Таким образом, энтальпия продуктов сгорания составит

Задаемся возможной температурой горения tК = 1800˚ С.

Для этой температуры энтальпия продуктов сгорания (см. приложение 3) будет равна:

СО2 + SО2......... (0,106+0,0006) ∙ 4360,67=464,847

Н2О....................... 0,1264 ∙ 3429,9=433,539

О2.........................0,0465 ∙ 2800,48=130,222

N2.........................0,721 ∙ 2646,74=1908,3

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Итого.................................... 2936,908 кДж/м3

Поскольку I0>I1800 ˚ С, то действительная калориметрическая температура будет выше 1800 ˚ С.

Примем tК = 1900 ˚ С, тогда энтальпия составит

СО2 + SО2......... (0,106+0,0006) ∙ 4634,76 = 489,89

Н2О....................... 0,1264∙ 3657,85 = 462,35

О2.........................0,0465 ∙ 2971,30 = 138,17

N2.........................0,721 ∙ 2808,22 = 2024,33

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Итого.................................... 3114,74 кДж/м3

Поскольку I1900 ˚ С>I0, действительная калориметрическая температура лежит в пределах 1800 – 1900 ˚ С. Калориметрическую температуру горения определяют интерполяцией:

tК=1800 + 1867 ˚ С.

 

 

Министерство образования Российской Федерации

 

Федеральное агенство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Московский Государственный институт стали и сплавов

(Технологический университет)

Новотроицкий филиал

 

Кафедра МТ

 

 

Расчет горения топлива

 

 

Учебно-методическое пособие для выполнения домашних, контрольных и курсовых работ по дисциплине " Теплотехника" для специальностей 150101, 150106,150404, 080502 всех форм обучения

 

Новотроицк

 

 

 

Составитель: Комендантова О. Н.

 

 

Рассмотрено и утверждено на заседании кафедры металлургических технологий от "___" ______________ 2006 г.

 

Зав. каф. МТ ______________ Братковский Е.В.


Приложение 1

Варианты заданий

 

№ состава топлива Состав сухого топлива в % объемн.
СО2 О2 СО Н2 СН4 С2Н4 С2Н6 С3Н8 С4Н10 С5Н12 Н2S N2
  6,3 0,2     0,5 - - - - - -  
    0,3       0,7 - - - - -  
  - -         - - - - - -
  0,4 - - - 96,3 0,3 - - - - -  
    0,2       0,8 - - - - -  
              - - - - -  
  20,3 0,2       0,5 - - - - -  
    -         - - - - -  
    -         - - - - -  
  - - - -   - - - - - -  
  2,3 0,8 6,8   22,3 2,7 - - - - 0,4 10,1
    0,2     2,5 0,3 - - - - -  
    -     0,6 - - - - - - 53,4
    -     1,8 - - - - - - 51,2
    - 32,5 0,5 - - - - - - -  
  10,5 -   2,4 0,3 - - - - - 0,3 58,5
  13,1 - 13,1 - - - - - - - - 73,8
  14,5 0,2 8,8 2,3 0,2 - - - - - -  
  4,8 1,4 4,9 11,6   - - - - - - 75,3
  5,5 0,2 27,5 13,5 0,5 - - - - - - 52,6
    0,2 25,5 15,5 2,6 0,4 - - - - 0,2 48,7
  2,1 0,4 8,7 50,5 28,2 5,6 - - - - 0,1 4,5
№ состава топлива Состав сухого топлива в % объемн.
СО2 О2 СО Н2 СН4 С2Н4 С2Н6 С3Н8 С4Н10 С5Н12 Н2S N2
  2,1 0,4 8,7 50,5 28,2 - - 5,6 - - - 4,5
              - - - - -  
            - - 2,0 - - -  
  2,9 0,5     26,7 2,4 - - - - - 2,5
  2,9 0,5     26,7 - - 2,4 - - - 2,5
    - - -   1,4   14,3 6,3 3,3 0,7  
  0,1 - - - 39,5 1,4   18,5 7,7 2,8 -  
  1,5 - - - 57,5 -         -  
  0,2 - - - 42,7 -   19,5 9,5 2,9 - 5,2
  0,1 - - -   - 19,5   7,5 3,8 -  
    - - - 23,7 -     2,8 1,5    
  0,4 - - - 91,4 1,4 1,2 1,7 2,1 - - 1,8
  - - - - 93,2 0,3 0,4 0,6 0,6 - - 4,9
  - - - - 92,2 - 0,8 -   - -  
  0,2 - - - 77,8 - 4,4 1,7 0,8 -    
  7,3 - - - 86,5 -   0,9 0,1 - - 2,2
  0,2 - - -   - - - - - - 1,8
  0,3 - - -   - 1,9 0,2 0,3 - - 9,3
  0,2 - - - 97,8 - 0,4 - 0,3 - - 1,3
  0,2 - - - 83,5 - 4,3 0,8 1,6 - - 9,6
  0,1 - - - 96,8   0,5 0,2 0,1 - - 1,3
  - - - - 89,9 - 3,6 0,9 0,4 - - 5,2
  0,1 - - - 92,6 - 4,2 0,9 0,8 - - 1,4

 

Варианты заданий

 

№ варианта Смесь 2-х топлив, А и Б Влажность исходных топлив, г/м3 Теплота сгорания смеси, МДж/м3 Коэффициент избытка воздуха, n Температура подогрева, ˚ С
состав топлива А состав топлива Б WА WБ топлива воздуха
        4,5   1,05 -  
            1,06 -  
          10,5 1,07    
          12,5 1,08    
            1,09    
          10,5 1,05    
          8,5 1,06    
            1,07 -  
            1,08    
            1,09 -  
        6,5 16,5 1,1 -  
          9,5 1,12 -  
            1,14    
          8,5 1,05    
        7,5   1,06    
            1,07 -  
          18,5 1,08 -  
          17,5 1,12 -  
            1,15 -  
            1,17 -  
        7,5 15,5 1,12 -  

 




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-11-06; Просмотров: 333; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.012 сек.