birmaga.ru
добавить свой файл

1
Состав топлива.



№п/п

COс

H2с

C2H4c

C2H6c

C3H8c

C4H10c

C5H12c

CmHnc

H2Sc

N2c

13

0,22

1,76

0,66

0,36

0,12

0,09

0,9

0,21

1,07

4,23



Примечание: Остальное CH4с.
Коэффициент избытка воздуха 1,2.

Температура воздуха 400оС.

Недожог 0.

3. Расчет горения топлива
3.1. Пересчет состава топлива
Пересчет массового состава жидкого и твердого топлива выполняется умножением процентного содержания компонентов на коэффициент пересчета из таблицы 1.
Табл. 1. Коэффициенты пересчета массового состава топлива



 

Масса топлива на которую делается пересчет


Исходная масса топлива

рабочая

сухая

горючая

рабочая

1





сухая



1



горючая





1

Пример. Если известна массовая доля золы в сухом топливе, то массовая

доля золы во влажном топливе:


Для газового топлива перерасчет объемного состава газа с сухого на влажный (рабочий) производится по формуле


(1)
где – влагосодержание газа, г/м3;

Xсодержание компонента, % (об.).

Для доменного и коксового газов влагосодержание принимают порядка 25 – 50 г/м3, для природного – 10 г/м3.

3.2. Объем воздуха и продуктов полного сгорания
Расчет количества воздуха, количества и состава продуктов сгорания основывается на реакциях полного сгорания компонентов (см. приложение 1).

Результаты расчета оформляются в табличной форме, правильность расчета проверяется составлением материального баланса.


Расчет также можно провести, используя формулы из приложения 3.

Пример. Рассчитать количество и состав продуктов сгорания для мазута следующего состава:

Окислитель – атмосферный воздух, влагосодержанием воздуха пренебречь.

Вариант А. Записываем реакции полного сгорания для горючих компонентов мазута:

С + О2 = СО2;

;

.

Последовательно заполняя таблицу 2, находим необходимое количество кислорода для осуществления реакция горения, теоретический расход воздуха, количество продуктов сгорания, их объем и объемный процентный состав. Полученные значения пересчитываются для коэффициента расхода воздуха .

Для удобства записи расчет ведется на 100 кг горючего. Материальный баланс процесса приведен в таблице 3.

Вариант Б. По формулам из приложения 3.

Теоретический расход сухого кислорода:

= 0,01· [1,867 · 85,6 + 5,56 · 10,5 + 0,7· (0,7 - 0,5)] = 2,184 м3/кг.

Теоретический расход сухого воздуха:

= 100 · 2,184/21 = 10,4 м3/кг.

Расход сухого воздуха при :

Vв =1,2 · 10,4 = 12,48 м3/кг.

Выход сухих трехатомных газов:

, м3/кг;

, м3/кг.

Теоретический выход азота:

= 0,008 · 0,7 + 0,01 · 79 · 10,4 = 8,222 м3/кг.

Теоретический выход водяных паров:

= 0,111·10,5+0,0124·2,0 = 1,190 м3/кг.

Выход продуктов полного сгорания при =1,2:

Vг = l,597 + 0,0049 + 8,222 + 1,190 + (1,2 - 1)·10,4 = 13,094 м3/кг.

Объемный состав продуктов полного сгорания:











Некоторое расхождение результатов расчета по вариантам А и Б обусловлено погрешностью вычислений.

Табл. 2. Форма таблицы для расчета расхода воздуха и состава продуктов сгорания топлива


Участвуют в горении

топливо

воздух

состав

содер-жание

масса

мол. масса

кол-во молей

О2

N2

всего




%

кг




моль

моль

моль

моль

кг

С


85,6

85,6

12

7,133

7,133

9,764·3,762 = = 36,732

9,764 + +36,732 =

= 46,496

46,896·22,4= = 1041,51

Н

10,5

10,5

2

5,250

2,625

S

0,7

0,7

32

0,022

0,022

О

0,5

0,5

32

0,016

-0,016

N

0,7

0,7

28

0,025

-

W

2,0

2,0

18

0,111

-


=1

100

100

-

-

9,764

21 %

36,732

79 %

46,496

100 %

1041,51

100 %

=1,2

Всего

-

-

-

-

9,764·1,2 = =11,717

11,717·3,762= = 44,079

55,796

55,796·22,4 = =1249,83



Табл. 2. (продолжение) Форма таблицы для расчета расхода воздуха и состава продуктов сгорания топлива

Образуются при горении

газообразные продукты

 СО2

Н2О 

SO2 

О2 

 N2

всего

моль

моль

моль

моль

моль


моль

м3 

 7,133

 -



 -

 36,732

 

49,270·22,4 = = 1103,65 

-

5,250

-

-

(из возд.)

-

-

0,022

-

-

-

-

-

-

-

-

0,111

-

-

0,0107

-

-

-

-

-

7,133

14,48 %

5,361

10,88 %

0,022

0,04 %


37,0097

74,60 %

49,270

100 %

1103,65

7,133
12,18 %

5,361
 9,15 %

0,022 
0,04 % 

11,717 – 9,764 =

= 1,953 

3,33 % 

44,079 + 0,025 =

= 44,104

75,30 % 

 58,573

 100 %

1312,04 

 


Табл. 3. Материальный баланс горения

Получено, кг

СО2

7,133·44 = 314

Н2О

5,361·18 = 96,4

SO2

0,022·64 = 1,4

О2

1,953·32 = 62,4

N2

44,104·28 = 1235

Зола

0

Всего

1709




Поступило, кг

Мазут


100

Воздух:

 

кислород

11,717·32 = 375

азот

44,079·28 = 1234

Всего

1709


Плотность продуктов сгорания:

.

3.3. Низшая теплота сгорания
Наиболее точной формулой для определения низшей теплоты сгорания твердого и жидкого топлива является формула Менделеева:

. (2)

Для газообразного топлива:

(3)

т. е. определяется суммированием тепловых эффектов реакций горения.

3.4. Температура горения топлива
Эта часть расчета необходима для того, чтобы установить, обеспечивает ли данное топливо нужную температуру нагрева металла, и если не обеспечивает, то определить необходимую степень подогрева сред, участвующих в горении.

Энтальпия продуктов сгорания определяется по формуле:

iобщ = iх + Qф / Vг , кДж/м3, (4)

где iх - химическая энтальпия продуктов сгорания,



- недожог топлива, кДж/кг (кДж/м3); (5)

Qф - физическое тепло, вносимое воздухом и топливом (газом),

Qф = Qв + Qт = iв·Vв + iт·Vт, кДж/м3, (6)


где iв - энтальпия воздуха, кДж/м3;

iт - энтальпия топлива (газа), кДж/м3.
Далее задаются несколькими температурами горения и определяют для них энтальпию одного м3 продуктов сгорания (7) энтальпию газов находим, пользуясь приложением 4.

По полученным значениям строят график зависимости энтальпии одного м3 продуктов сгорания от температуры и графически находят расчетную температуру горения по известной энтальпии iобщ .

(7)

Действительная температура газов в печи определяется из выражения:

°С (8)

где - опытный пирометрический коэффициент (для методических печей – 0,7 – 0,75).

Если температура газов недостаточна для нагрева металла, расчет повторяют при более высокой исходной температуре воздуха и газа.
Пример. Для условий предыдущего примера рассчитать температуру горения. Химический недожог принять 3% , температуру воздуха - 200 °С, пирометрический коэффициент - 0,7.



Химическая энтальпия продуктов сгорания:

iх = (1 – 0,03) ·39891/13,094 = 2955, кДж/м3.

Из приложения 4 при 200 °С изобарная теплоемкость воздуха:

ср = 1,31 кДж/(м3·К), тогда iв = ср·t = 1,31·200 = 262 кДж/м3.

Qф = Qв = i·Vв = 262 - 12,48 = 3270 кДж/м3;

iобщ = 2955 + 3270/13,09 = 3205 кДж/м3.

Выбираем для расчета температуру продуктов сгорания 1800 °С. Используя приложение 4, получаем

i = 1800 · (2,391 – 2,19 % + 1,468 – 75,34 % + 1,554 – 3,33 % + 1,921 – 9,09 % + 2,391 –

– 0,04 %) /100 % = 2495 кДж/м3.

Для 2200 °С - i = 3114 кДж/м3.

Для 2300 °С - i = 3271 кДж/м3.

Графически определяли, что iобщ= 3205 кДж/м3 соответствует расчетная температура tpaсч = 2258 °C. Действительная температура горения tдейст = 0,7·2258 = 1581 °С.