Материалов. Определение теплотворной способности лесных горючих

Определение теплотворной способности лесных горючих

Расчет процессов горения лесных горючих материалов

Расчет процессов горения лесных горючих материалов (ЛГМ) подразделяется на три подраздела. В первом подразделе определяется теплотворная способность ЛГМ, во втором – тепловой и газовый баланс горения ЛГМ, в третьем – определение фактической теплотворной способности ЛГМ.

Теплотворную способность Q лесных горючих материалов определяют для 1 кг вещества в абсолютно сухом состоянии по известным термохимическим уравнениям, параметры которых определены в результате многочисленных экспериментов по сжиганию различных видов топлива в калориметре [3, табл. 2.1].

Д. И. Менделеев предложил следующую формулу для определения высшей теплотворной способности:

Q_в = 8100 · С +30 000 · Н + 2600 · S – 2000 · О ккал/кг,

где С, Н, О, S – соответственно углерод, водород, кислород и сера в долях кг. Содержание серы принято равным нулю.

Формула Д. И. Менделеева дает завышение значений Q_в.

Позднее были предложены другие термохимические уравнения

Q_B = 8150 С + 34200(Н – ) + 2156 S = 3871 + 513 = 4384 ккал/кг (2.1)

в килоджоулях:

Q_B = 34 200 С + 143 400(Н – ) + 9050 S кДж/кг (2.2)

Низшая теплотворная способность Q_Н горючих материалов равна

Q_Н = 8150 C + 28 900(Н – ) + 2156 S ккал/кг, (2.3)

в килоджоулях:

Q_Н = 34 200 С + 121 100(Н – ) + 9050 S кДж/кг. (2.4)

Уравнения (2.1)–(2.4) для лесных материалов также занижают теплотворную способность материалов. Точные значения они дают для бензина, каменного угля.

Соотношение между ккал и кДж: 1ккал = 4,19 кДж.

Академик И. А. Каблуков нашел более простую формулу для определения низшей теплотворной способности горючих материалов Q_н: черезкислородный коэффициент К и постоянное число а.

Постоянное число для каменного угля, нефтепродуктов равно:

а_у = 4,19 · 3050 = 12 800 ; (2.5)

для клетчатки:

а_к = 4,19 · 3250 = 13 630 , (2.6)

где О₂ – кислород.

Кислородный коэффициент К есть отношение массы кислорода (без его избытка) к массе горючего материала, при условии, что С и Н в процессе горения окисляются полностью до СО₂ и Н₂О:

, (2.7)

где С, Н и О выражены в долях кг (табл. 2.1).

Низшая теплотворная способность клетчатки (компоненты горения) равна

Q_н = 13 630 · К = 18 891 кДж/кг

Для древесины К варьирует в пределах 1,30–1,42 кг, для керосина К = 3,3; бензина К = 3,5 кг. Но кислородный коэффициент рассчитывается по трем основным химическим элементам. Если его соотнести к чистому кислороду, получим требуемую массу воздуха. Для рассматриваемого варианта она равна

(2.8)

Общая масса продуктов горения окажется равной 0,919 + 6,06 = 6,979 ≈ 7 кг. В этом объеме основную массу составят газы: СО₂; N_{2 ;} Н₂О; Аr (аргон). Зола останется в твердом состоянии, ее масса в продуктах сгорания не учтена.

Соотношение между горючим и воздухом для лесных материалов 1:6,0; бензин 1:15,3; керосин 1:14,8.

Задание:

1) по данным табл. 2.1 вычислить К для лесных горючих материалов (согласно вариантам);

2) по данным табл. 2.1 определить потребность в чистом кислороде и воздухе для обеспечения горения лесных материалов при коэффициенте избытка воздуха α = 1. Потребность в кислороде определяется по уравнению (2.7), в воздухе – (2.8).

3) Определить удельную теплотворную способность на всю массу компонентов (ЛГМ + воздух), участвующую в процессе горения.

Пример расчета удельной теплоемкости:

(2.9)

Низшая теплотворная способность клетчатки в абсолютно сухом состоянии равна 18891 всей массы, участвовавшей в процессе горения, – 2669 кДж/кг. Сравнивая отношение между массой горючих материалов и воздухом, необходимым для их горения, следует обратить внимание на то, что низшая удельная теплотворная способность всей массы газов будет в 7 раз меньше по сравнению со всей массой компонентов, участвующих в горении:

L = 18891/2699 = 7,

где L – отношение массы газов к массе продуктов горения.

Дата добавления: 2015-07-02