3. Розрахунок теплоти та ексергии згоряння палива

1.

Теплоту згорання палива визначають по фор­мулі Менделєєва:

Wb = 33193хС + 125604хН + 10885,7хS - 10885,7хО, кДж/кг

де C,H,S і О - ваговий вміст відносно вуглецю, водню, сірки та кисню в паливі, к/кг (див. Табл. 1, 4 стовпчик).

Якщо водяні пари, які знаходяться в продуктах згоряння, сконден­сувати, то може бути використана захована теплота конденсації, в цьому Випадку говорять о вищій теплоті згоряння Wb. Якщо ж вода залишаєть­ся в пароподібному стані, то кількість тепла, яка отримана від згоряння палива характеризується нищою теплотою згоряння Wh.

Wh = Wb-2514(9H + Wн2О)

де Wb - вища теплота згоряння палива підрахована по формулі Менделєєва; Н і Wн2О - вміст водню та води в паливі відносно (кг/кг). Використання нищої або вищої теплоти згоряння для розрахунку ексергії залежить від температури продуктів горіння на виході з апарату. При температурі продуктів горіння нище 373 К при розрахунках викорис­товують вищу теплоту згорання. В останніх випадках використовують ни­щу теплоту згоряння.

1 -Склад початкового палива

Речовина	Склад
	% моль/кг		кг/кг	Вагомий вмист Wкомп.
С	82,9	69,08	0,829	0,829
Н	6,2	31,00	0,062	0,062
N	1,1	0,393	0.011	0,011
S	1,8	0,563	0,018	0.018
О	1,0	0,313	0,01	0,01
Н2О	7,0	3,89	0,07	0.07

2.

Для різних вуглеводів, які містять крім вуглецю і водню, сірку та ки­сень, ексергію розраховують по формулі:

Е = Wх(1,0407 + 0,0154 ( Н/С) + 0,0562 (О/С) +0,5904 (S/C)

•(1-0,175(Н/С) ) ), кДж/кг

Для газоподібного палива :

Е = Wх [ 1,0334 + 0,183 (Н/С) - 0,0694 (N/C)], кДж/кг

Вища теплота згоряння взята для прикладу палива складається

Wb = 33193-0,829+125604-0,062+10885,7-0,018- 10885,7-0,01 =

= 35391,5 кДж/кг

Ексергія палива

Е= 35391.5 [ 1,0437+0,0158(31,0/69,08)+ 0,0823( 1,125/69,08)+0,0499 ( 0,393/69,08)] = 37246,5

4.Розрахунок матеріального балансу процесу горіння палива.

Склад та кількість продуктів згоряння визначають за допомогою рівнянь хімічних реакцій окислення основних пальних елементів палива їм обліком вміста цих елементів паливі. Звичайно продуктами згоряння вуглеводного палива являються двооксид вуглецю, вода та сірчистий газ. Якщо в складі палива є азот, він виділяється при горінні у вільному виді (N) та додається до азоту, який поступає в продукти згоряння з атмосфер­ним провітрям

С+ О2 = CO2;

4Н + О2 = 2Н2O;

S + О2 = SO2.

Кількість двооксиду вуглецю, води та сірчистого газу розраховується за формулою ν со₂ = W_комп / M_комп де W та M – вагомий вміст та молярна масса компонента та (Wкомп - див. Табл. 1, стовпчик – 4) та складає відповідно :

ν со₂ = W_С /12 = 0,829 /12 = 0,069 - кмоль/кг ;

ν н₂о=W_Н/2 =0,062/2 =0,034 кмоль/кг:

ν SO₂ = W_S /32 = 0,018/32 = 5,6 • 10-⁴ кмоль/кг

Маса двооксиду вуглецю, води та сірчистого газу розраховується за ф-лою m_{прод. згор.}= ν_{прод. згор}• M_{прод. згор} де M – молярна маса продукту згоряння (кмоль/кг) та складає відповідно :

m со₂ = ν со₂ • M со₂ = 0,069 • 44 = 3,04 кг ;

m SO₂ = ν SO₂ • M SO₂= 0,0005•64 = 0,036 кг;

m н₂о= ν н₂о • M н₂о =0,031•18 = 0,558 кг;

Необхідно пам'ятати, що сумарна кількість парів води в продуктах горіння представляє собою суму парів води, які містяться в паливі, а також парів води, які утворилися в результаті реакції водню па­лива з киснем повітря при горінні.

ν Н2Озаг. = ν Н2О пал. + ν Н2О гор. = 0,00389 +0.031 = 0,03489 кмоль

ν Н2О пал. (табл 1. 3 стовчик у кмоль/кг (поділити на 1000) )

тому

∑mH₂O=∑ ν н₂о • M н₂о =0,00389 •18 + 0,031•18 = 0,628 кг

Крім цих речовин в продуктах згоряння буде надлишковий ки­сень та азот повітря, який подається на спалювання, а також азот палива.

Кількість надлишкового кисню визначають за формулою :

ν о2 = 0,21 • (а - 1) ν _{теор пов.} кмоль/кг

Кількість азоту визначають за формулою

ν N2 = 0,79* а* ν _{теор пов.}

де а - коефіцієнт надлишку повітря;

ν _{теор пов.} - теоретично необхідна кількість повітря, кмоль/кг.

Теоретично необхідна кількість повітря в молях розраховується по формулі:

ν _{теор пов.} = 1/0,21 (W_С/12+W_Н/4 + W_S/32 - W_O/32) = 1/0,21(0,829/12+0,062/4+0,018/32- 0,01/32) = 1/0,21(0,0691+0,0155+0,00056 - 0,00031) = 0,40405 кмоль/кг

Фактична кількість повітря що подається на спалювання одного кг па­лива залежить від коефіцієнта надлишку повітря а. Припустимо а=2,5

Мв = М°в* а = 0,40405*2,5 = 1,0101 кмоль/кг

Вміст кисню в продуктах горіння складає :

ν о2 = 0,21(2,5-1)*0,40405 = 0,12728 кмоль/кг

m о₂ = ν о₂ • M о₂ = 4,073 кг

Вміст азоту в продуктах горіння

ν N2 = 0,79* 2,5* 0,40405 = 0,7980 кмоль/кг

m _N2 = ν _N2 • M _N2 = 4,073 кг

Результати матеріального балансу заносимо до Табл. 2.

Таблиця 2- Матеріальний баланс горіння палива.

Прихід
Паливо, кг	повітря
	m, кг	ν, кмоль
1	29,293	1,0101

Розхід
СО2		Н2О		SО2			О2			N2
кг	ν, кмоль	m, кг	ν, кмоль	m, кг	ν, кмоль	m, кг		ν, кмоль	m, кг		ν, кмоль
3,040	0,0691	0,628	0,0349	0,036	0,00056	4,073		0,12728	22,344		0,7980