Расчет горения органического топлива

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 3

Цель работы: определение расхода окислителя и выхода продуктов полного сгорания органического топлива; определение энтальпии и влагосодержания.

Основные понятия

Существует два метода расчета горения органического топлива. Первый метод осуществляют по данным состава топлива, задаваясь коэффициентом избытка воздуха. Второй метод осуществляется по данным газового анализа с учетом состава сжигаемого топлива. Первый метод расчета применяется при проектировании топливоиспользующих установок, второй – при теплотехнических испытаниях, наладке оптимального процесса сжигания топлива в печах и топках.

Материальный и тепловой балансы процесса горения проводят на 1 м³ газообразного топлива и на 1 кг твердого или жидкого топлива. Состав газового топлива приводится по компонентам химических соединений в процентах от их объема, а для твердого и жидкого топлива приводится элементарный химический состав а процентах от их массы.

Топливо в том виде, в каком оно поступает к потребителю, называется рабочим, а вещество, составляющее его, - рабочей массой. В элементарный химический состав его, выражаемый следующим образом:

входят горючие вещества – углерод С, водород Н, а также кислород О и азот N, находящиеся в сложных высокомолекулярных соединениях. Топливо содержит влагу W и негорючие минеральные примеси, превращающиеся при сжигании топлива в золу А.

Минеральные примеси и влажность одного и того же сорта топлива в разных районах его месторождения могут быть разными, поэтому в справочной литературе приводится более постоянный состав горючей массы топлива, который используется для сравнительной теплотехнической оценки различных сортов топлива.

Пользуясь пересчетным коэффициентом , определяют величину составляющих элементов рабочей массы по величине составляющих элементов в горючей массе.

Расход кислорода и количество образующихся продуктов сгорания определяются из стехиометрических уравнений горения. Количество воздуха для горения топлива подается в топку больше его теоретически необходимого количества.

Отношение количества воздуха, действительно поступившего в топку к теоретически необходимому называют коэффициентом избытка воздуха .

Для вновь проектируемых топливоиспользующих установок величину выбирают в зависимости от вида сжигаемого топлива, метода сжигания и конструкции топки. Для пылеугольных топок по условиям достижения большего значения КПД и интенсификации процесса горения оптимальными являются , при этом нижний предел относится к бурым и каменным углям, а верхний – к тощим углям и антрацитам. При сжигании природных газов и мазута в агрегатах, снабженных автоматикой горения и регуляторами давления в газопроводе, может быть снижен до 1, 05.

Расход топлива в топливоиспользующей установке данной производительности зависит от теплоты его сгорания, которая для различных видов топлив изменяется в больших пределах. При отсутствии опытных и справочных данных для приближенного расчета низшей теплоты сгорания твердого и жидкого топлива МДж/кг:

в которой коэффициенты подобраны экспериментально и несколько отличаются от теплоты сгорания отдельных горючих элементов, входящих в состав топлива.

Для сравнения по энергетической ценности и эффективности использования различных сортов топлив введено понятие об условном топливе, которому присваивается теплота сгорания, равная МДж/кг (7000 ккал/кг).

Пересчет расхода данного топлива В в условное производится по соотношению

Понятием условного топлива пользуются также при планировании добычи и потреблении топлива.

Порядок выполнения работы

Расчет расхода окислителя и выход продуктов полного сгорания газообразного топлива.

Объем кислорода, необходимого для сгорания газообразного топлива и образующихся продуктов сгорания, подсчитывают на основе уравнения горения компонентов, входящих в состав газообразного топлива

Окись углерода

Водород

Метан

Этан

Пропан

Бутан

Пентан

В соответствии с приведенными выше уравнениями горения компонентов газового топлива объем кислорода, необходимого для сгорания 1м³ газа, подсчитывают по формуле, м³/м³ газа

Объем воздуха , необходимый для сгорания 1м³ газового топлива в стехиометрических условиях, подсчитывают исходя из содержания в воздухе 21% кислорода по объему, м³/м³ газа

Действительное количество воздуха, подаваемое в топку, м³/м³ газа:

где - коэффициент избытка воздуха.

Суммарный объем продуктов полного сгорания , состоящий из следующих компонентов, м³/м³ газа

Объем продуктов сгорания за вычетом объема водяных паров называется объемом сухих газов:

Выход двуокиси углерода, м³/м³ газа

Выход азота складывается из воздуха, подаваемого в топку, и азота, содержащегося в газовом топливе, м³/м³ газа

Выход водяных паров определяется с учетом содержания водорода и влаги в топливе – d м³/м³ газа и водяных паров, содержащихся в воздухе, используемом в качестве окислителя. Содержание в воздухе водяных паров принимают около 1 мас. % (1, 6 об. %), так как влагосодержание воздуха d_в=10…16 г/м³ сухого воздуха при относительной влажности φ =50…60% и температуре t=20…30°С.

Выход водяных паров при сжигании газового топлива, м³/м³ газа:

Количество кислорода в продуктах сгорания, м³/м³ газа

Расчет расхода окислителя и выхода продуктов полного сгорания твердого и жидкого топлива.

Количество кислорода воздуха О_в, необходимое для полного сгорания 1 кг топлива, кг/кг

где - соответственно содержание углерода, горючей серы, водорода и кислорода в рабочей массе топлива, масс. %.

Количество сухого воздуха , необходимое для сгорания 1 кг топлива (принимая содержание в воздухе 23 мас. % кислорода), кг/кг

Объем воздуха, теоретически необходимый для сгорания 1 кг топлива, равен , т.е. м³/кг

или округленно, м³/кг

Суммарный объем продуктов сгорания

Объем двуокиси углерода, м³/кг

Объем двуокиси серы, м³/кг

Объем азота, м³/кг

Объем водяного пара в продуктах сгорания с учетом содержания в воздухе около 1 мас. % влаги (1, 6 об. %), м³/кг

Объем кислорода, м³/кг

Для теплотехнических расчетов топок, теплогенераторов и других теплотехнологических установок необходимо знать энтальпию и влагосодержание продуктов сгорания топлива.

Энтальпия влажных топочных газов, отнесенная к массе сухих газов, кДж/кг

где - энтальпия влажного воздуха, определенная по формуле, кДж/кг

Масса сухих газов, кг

где , , - плотности двуокиси углерода, азота и кислорода соответственно, кг/м³.

Влагосодержание топочных газов, отнесенное к массе сухих газов, кг/кг

где , - массы водяных паров и сухих газов соответственно.

Контрольные вопросы

Что называется топливом?
Что называется теплотворной способностью топлива?
чем отличается высшая теплота сгорания от низшей?
Что называется условным топливом и для чего ввели данное понятие?
Что называется балластом топлива и как он влияет на теплотворную способность топлива?
Что называется коэффициентом избытка воздуха и как он влияет на эффективность использования топлива?
Какие составляющие элементы топлива обуславливают его теплотворную способность?
Расскажите о стадиях горения твердого топлива.
Особенности горения жидкого топлива.

Библиографический список

Быстрицкийч Г.Ф. Общая энергетика / Г.Ф. Быстрицкий. – М.: ACADEMA, 2005. – 204 с.
Хзмалян Д.М. Теория горения и топочные устройства / Д.М. Хзмалян, Я.А. Каган. – М.: Энергия. 1976. – 483 с.
Исаченко В.П. Теплопередача / В.П. Исаченко, В.А. Осипова, А.С. Сукомел. – М: Энергия. 1981.- 488с.
Павлов К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии / К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков. – Л.: Химия, 1987. – 576 с.

УДК ББК М

620.9(075) 31.я7

Составитель к. техн. наук, доц. Т.И. Тихомирова

Рецензент к техн. наук, доц. А. А. Виноградов

М54	Общая энергетика: методические указания к выполнению лабораторных работ. – Белгород: Изд-во БГТУ, 2009. – 28 с.

Издание содержит задания к лабораторным работам по дисциплине «Общая энергетика» специальности 140105 – Энергетика теплотехнологий.

УДК ББК

620.9(075) 31.я 7

©	Т. И. Тихомирова, 2009
©	Белгородский государственный технологический университет (БГТУ) им. В. Г. Шухова, 2009

Учебное издание

Общая энергетика

Методические указания
к выполнению лабораторных работ
для студентов специальности
140211 – Электроснабжение

Составитель

Тихомирова Тамара Ивановна

Редактор

Афонина Г. Н.

Подписано в печать Формат 60х84/16.

Усл. печ. л. 1, 63. Уч.- изд. л.

Тираж 50 экз. Заказ Цена

Отпечатано в Белгородском государственном технологическом
университете им. В. Г. Шухова

308012, г. Белгород, ул. Костюкова, 46

⇐ Предыдущая 1 23