8.1.2 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+ 02 = C02;

4Н + 02 = 2Н20;

s + 02 = S02.

Кількість двооксида вуглецю, води та сірчистого газу складає відповідно :

М со2 = С /12 = 0,829 /12 = 6,9 • 10-² - кмоль/кг ;

Мн2о=Н/2 =0,062/2 =3,1 - 10-² кмоль/кг:

М S02 = S /32 = 0,018/32 = 5,6 • 10-⁴ кмоль/кг

Крім цих речовин в продуктах згоряння буде надлишковий ки­сень та азот повітря, який подається на спалювання, а також азот палива. Вміст кисню визначають за формулою :

Мо2 = 0,21 • (а - 1) М°в кмоль/кг

Азоту

MN2 = 0,79* а* М°в

де а - коефіцієнт надлишку повітря;

М°в - теоретично необхідна кількість повітря, моль/кг.

Теоретично необхідна кількість повітря в молях розраховується по формулі:

М°в = 1/0,21 (С/12+Н/4 + S/32 - 0/32) = 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

Фактично подаваєма кількість повітря на спалювання одного кг па­лива залежить від коефіцієнта надлишку повітря а.

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

Вміст кисню в продуктах горіння складає :

Мо2 = 0,21(2,5-1)*0,40405 = 0,12728 кмоль/кг

Вміст азоту в продуктах горіння

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

Результати матеріального балансу заносимо до табл.9.2.

При складанні табл.9.2. необхідно пам'ятати, що 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.

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

Таблиця 8.2- Матеріальний баланс горіння палива.

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

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

8.1.3 Розрахунок теплового коефіцієнта корисної дії

Для розрахунку теплового к.к.д. необхідно знати загальне тепло отриманого при спалюванні палива, а також корисно витрачене тепло ,або тепло втрачене з продуктами горіння.

η_т = ·100 %

Так як теплоємкість продуктів горіння суттєво різна, то втрати тепла визначають для кожного компонента по формулі:

W = п • Ср • (Тп.г. - Т ер.)

де п - число кіломолей компонента;

Ср - його теплоємкість при температурі (Тп.г.+Тср)/2 , кДж/моль;

Т п.г.- температура продуктів горіння, К;

Тер. - температура навколишнього середовища, К.

Теплоємкість окремих компонентів газу визначають користуючись літературними даними [9] або табл.9.3.

Таблиця 8.3 - Мольна теплоємкість газів, кДж/кмоль ( при Р = 101325Па)

Газ		Температура		,К
	273	373		573	873
повітря	29,0	29,3		30,0	31,0
кісень	29.0	29,3		30.0	31,0
азот	29.0	29.3		30.0	31,0
Двооксид сірки	38,6	41,1		45.7	54,3
Водяний пар	35.0	35.5		36,7	39.3
Двооксид вуглецю	38.6	1 41.1		45.7	54.3

Витрати тепла з вуглецевим газом

WСО₂ = nСО₂·С_РСО₂·(Т_п.г. – Т_ср.) = 0,0691·41·(368 - 298) = 198,3 кДж

Витрати тепла з азотом

WN₂ = nN₂·С_РN₂·(Т_п.г. – Т_ср.) = 0,798·29,3·(368 - 298) = 1636,7 кДж

Витрати тепла з киснем

WО₂ = nО₂·С_РО₂·(Т_п.г. – Т_ср.) = 0,12728·29,3·(368 - 298) = 261,1 кДж

Витрати тепла з двооксидом сірки

WSО₂ = nSО₂·С_РSО₂·(Т_п.г. – Т_ср.) = 0,00056·41·(368 - 298) = 1,5 кДж

Витрати тепла з водяними парами (при Т > 373° К )

WН₂О = nН₂О·С_РН₂О·(Т_п.г. – Т_ср.) = 0,0349·35,5·(368 - 298) = 86,7 кДж

Загальні витрати тепла з продуктами горіння

W_п.г. = WСО₂+WN₂+WО₂+WSО₂+WН₂О=198,3+1636,7+261,1+1,6+86,7= 2184,4 кдЖ

Термічний коефіцієнт корисної дії установки розраховують по фор­мулі :

η_т = ·100 = ·100 = 93,8 %