Задание 1 Расчет горения топлива

ДОМАШНИЕ РАСЧЕТНЫЕ ЗАДАНИЯ

Рассчитать расход воздуха, количество, плотность и состав продуктов горения, калориметрическую и действительную температуры горения смеси двух газообразных топлив.

Исходные данные

·вид газообразных топлив – задается преподавателем, а их состав берется по приложению 1;

·коэффициент расхода воздуха α – задается преподавателем;

·температура подогрева воздуха t_в = 200 + 20· п, ° С;

·температура подогрева топлива t_т = 100 + 10· п, ° С;

·теплота сгорания смеси

ü природно-коксовой = 18,7 + 0,3· п, МДж/м ³;

ü природно-доменной = 4,8 + 0,7· п, МДж/м ³;

ü коксо-доменной = 5,2 + 0,3· п, МДж/м ³;

·пирометрический коэффициент = 0,6 + 0,01· п,

где n – порядковый номер студента в журнале.

Алгоритм расчета

1. Пересчет сухого состава каждого из индивидуальных газообразных топлив на влажный

· содержание водяного пара во влажном газе, %

или ,

(1.1)

где d_г – влагосодержание газообразного топлива, г/м ³.

Влагосодержание природного газа может приниматься равным 10 г/м ³, коксового – 25 ÷ 30 г/м ³, доменного – 30 ÷ 35 г/м ³.

· состав влажного газа

или ,

(1.2)

где – процентное содержание компонентов (СН₄, СО, Н ₂ и др.) во влажном и сухом газе соответственно.

2. Расчет низшей рабочей теплоты сгорания каждого газообразного топлива, кДж/м ³

,

(1.3)

где – процентное содержание соответствующих компонентов в газообразном топливе.

3. Определение состава смешанного газообразного топлива

· доля каждого из газообразных топлив в смеси

,

(1.4)

где x – доля первого газа в смеси (имеющего теплоту сгорания ); очевидно, что (1 – x) – доля второго газа (имеющего теплоту сгорания ).

· состав смешанного газообразного топлива, %

; ; и т.д.,

(1.5)

где – процентное содержание компонентов в первом газообразном топливе;

– процентное содержание компонентов во втором газообразном топливе.

Примечание: В последующих формулах индекс “ см ” опускается.

4. По вычисленному составу смешанного газообразного топлива контролируется его теплота сгорания и сравнивается с заданной. Вычисления производятся по формуле (1.3) при этом подставляется состав, рассчитанный в п.3.

5. Вычисление плотности смешанного топлива, кг/м ³

,

(1.6)

где μ_i – молекулярная масса i -го компонента топлива, кг/кмоль;

C_i – содержание i -го компонента в топливе, %;

22,4 – объем 1 киломоль газа при нормальных условиях, м ³ /кмоль;

n – число компонентов смеси.

6. Расчет расхода воздуха

· теоретический расход сухого воздуха, м ³ /м ³

,

(1.7)

где – процентное содержание компонентов смешанного газообразного топлива;

– доля кислорода в воздухе.

Обычно расчет ведут на сухой атмосферный воздух с содержанием = 21 % и = 79 % (т.е. = 0,21). Может также использоваться обогащенный кислородом воздух, в этом случае расход воздуха на сжигание единицы топлива снижается.

· действительный расход сухого воздуха, м ³ /м ³

,

(1.8)

где α – коэффициент расхода воздуха.

· действительный расход влажного воздуха, м ³ /м ³

,

(1.9)

где d_в – влагосодержание воздуха, г/м ³.

Влагосодержание воздуха может приниматься равным 10 ÷ 20 г/м ³.

7. Расчет количества и состава дымовых газов (продуктов горения)

· выход , м ³ /м ³

;

(1.10)

· выход , м ³ /м ³

;

(1.11)

· выход , м ³ /м ³

;

(1.12)

· выход (избыточного кислорода), м ³ /м ³

;

(1.13)

· выход , м ³ /м ³

,

(1.14)

где – процентное содержание компонентов смешанного газообразного топлива;

· общий выход продуктов горения, м ³/ м ³

;

(1.15)

· состав продуктов горения, %

; ; ; ; ;

(1.16)

· плотность продуктов горения, кг/м ³

,

(1.17)

где , , , и – содержание указанных компонентов в продуктах горения, %.

8. Определение калориметрической температуры горения

Калориметрическая температура горения определяется формулой

,

(1.18)

где – физическое тепло подогретого воздуха, кДж/м ³;

– физическое тепло подогретого газообразного топлива, кДж/м ³;

– средняя теплоемкость продуктов горения в интервале температур 0- t_к, кДж/ (м ³· К).

Учитывая, что , а , получим:

,

(1.19)

где – энтальпия воздуха, кДж/м ³;

– энтальпия топлива, кДж/м ³.

Энтальпия воздуха может быть вычислена следующим образом, кДж/м ³

,

(1.20)

где – температура подогрева воздуха, ° С.

Энтальпия топлива, кДж/м ³

,

(1.21)

где – температура подогрева топлива, ° С;

– средняя теплоемкость топлива в интервале температур 0- t_т, кДж/ (м ³· К):

,

(1.22)

где , , ,… – средние теплоемкости соответствующих компонентов смешанного газообразного топлива в интервале температур 0- t_т, кДж/ (м ³· К);

, , ,… – процентное содержание компонентов смешанного газообразного топлива.

Значение средних теплоемкостей газов приведены в приложениях 3 и 4.

Определить калориметрическую температуру непосредственно из зависимости (1.19) невозможно, т.к. теплоемкость дымовых газов является в свою очередь функцией температуры, которая рассчитывается. В связи с этим определение калориметрической температуры производится методом последовательных приближений или с использованием ht -диаграммы.

· метод последовательных приближений

Определяется калориметрическая энтальпия продуктов горения, кДж/м ³

.

(1.23)

Задается предполагаемая калориметрическая температура (для используемых в металлургии горючих газов калориметрическая температура обычно лежит в пределах 1700 ÷ 2600 ° С). Рассчитывается энтальпия продуктов горения при принятой температуре :

,

(1.24)

где , , , и – содержание указанных компонентов в продуктах горения, %;

, , , и – энтальпии соответствующих компонентов при температуре , кДж/м ³.

Значения энтальпий берутся по приложению 2.

Затем выбирается температура , отличающаяся от на 100 ° С. Рассчитывается энтальпия продуктов горения при принятой температуре :

.

(1.25)

При выборе значения температуры необходимо исходить из того, что должна находиться в интервале температур ÷ , а следовательно, и калориметрическая энтальпия должна находиться соответственно в интервале .

Если , то калориметрическая температура находится по формуле

.

(1.26)

Если находится вне интервала , то расчет продолжается, для чего принимается новое значение температуры и рассчитывается энтальпия продуктов горения при этой температуре. Эти действия повторяются до тех пор, пока не окажется в интервале между рассчитанными значениями энтальпий.

· определение калориметрической температуры горения по ht-диаграмме

В этом методе калориметрическая температура горения определяется графическим путем. Для этого строится зависимость энтальпии продуктов горения от температуры (ht -диаграмма) в интервале температур 1700 ÷ 2600 ° С. Для построения ht -диаграммы рассчитывается энтальпия продуктов горения при заданных температурах (температуры следует принимать через 100 ° С) по формуле:

,

(1.27)

где , , , и – содержание указанных компонентов в продуктах горения, %;

, , , и – энтальпии соответствующих компонентов при температуре , кДж/м ³.

По расчетным данным в координатах h - t строится график зависимости (рис. 1.1).

Затем вычисляется калориметрическая энтальпия продуктов горения по формуле (1.23). Полученное значение откладывается на оси ординат, проводится прямая, параллельная оси абсцисс, до пересечения с кривой графика. Из точки пересечения опускается перпендикуляр на ось абсцисс. Полученная величина и является искомой калориметрической температурой продуктов горения топлива.

Энтальпия продуктов горения, кДж / м 3
	Температура продуктов горения, ° С

Рис. 1.1 – ht -диаграмма

9. Расчет действительной температуры горения

,

(1.28)

где – пирометрический коэффициент.