1. Основи горіння палива
1.1 Основні залежності, формули та рівняння
Кількість повітря (чи кисню) для повного згорання 1 кг палива, яке розраховане по рівнянням хімічних реакцій, називається теоретично необхідною кількістю повітря.
Дійсна кількість повітря, яке подається на згорання палива Мn,Gn.Vn
звичайно буває більше теоретичної, інколи (наприклад, в двигунах внутрішнього
згорання) може бути і менше, в останньому випадку повне горіння не можливе.
Відношення дійсної кількості повітря до теоретично необхідної називається коефіцієнтом надміру повітря і розраховується він за формулою
(1.1)
Повна кількість продуктів згорання складається із диоксиду вуглеця невикористаного кисню, азоту, а також диоксиду сірки, коли в паливі знаходиться сірка:
(1.2)
Відношення кількості молей свіжої суміши до згорання до кількості
молей, які отримані за рахунок горіння, називається коефіцієнтом
молекулярної зміни свіжої суміши. Ця величина використовується при
розрахунках двигунів внутрішнього згорання. Коефіцієнт корисної дії
дорівнює:
Кількість тепла, яке виділяється при згоранні 1 кг палива, називаєте теплотою згоряння палива . Коли водяні пари, які знаходяться з продуктах згорання сконденсувати, то може бути використана схована теплота конденсації,в цьому випадку кажуть; про вищу теплотвірну здатність. Якщо теплота конденсації парів води не враховується, то кількість тепла, яке одержане від згоряння палива, характеризується нищою теплотою згоряння. Нища і вища теплота згоряння пов’язані між собою співвідношенням:
(1.4)
де
Н – вміст водню в паливі,кг/кг
W - зміст вологи з паливі, кг/кг
Коли відсутні дані про експериментальне визначення теплоти горіння для даного палива,її можливо з достатньою точністю підрахувати за формулою Менделеєва:
Qв = 3100 С +30000 Н +2600S-2600 0
де
C, H, S - ваговий вміст вуглецю, сірки і кисню в паливі, відповідно кг/кг
Використовується також рівняння теплотвірної здібності робочої суміши палива і повітря:
(1.5)
2.2 Приклади розрахунків
Приклад 1
Знайти вираз для визначення теоретично необхідної кількості повітря в кг/кг
або нм3/кг. Як зміниться останній вираз при наявності в паливі сірки?
Розрахунки
Теоретично необхідна кількість повітря з молях розраховується по формулі:
Повітря має молекулярну вагу - 28.96, тоді:
Необхідний об"єм повітря:
І моль повітря займає об"єм - 22.4 нм3. тоді:
Наявність сірки потребує додаткового витрату повітря з кількості:
(2.6)
в виразі V заявиться новий член - (+ 3;33 5)
Приклад 2
Визначити зміну вищої теплоти горіння кам’яного вугілля після
його підсушування від вологості W1=3% до W2=5%, якщо вологе вугілля має вищу теплоту горіння Qв=5120 ккал/кг (21400.1 Дж/кг) і вмішує 3.7% водню.
Вирішення:
1. Нища теплотвірна здатність визначається по формулі
Q=Q-600(9Н1+W1)
От =5120 -600(9.0.037+0.13)= 4842 ккал/кг
2. Вища теплота горіння збільшується за рахунок зменшення балансу в паливі, при його підсушуванні і збільшується також вміст водню в паливі:
3. Нища теплотвірна здатність підсушеного вугілля дорівнює:
Таким чином теплота горіння вугілля підвищується за рахунок підсушування наслідуючи величину
5344 - 4342 = 502 ккал/кг
Вирішення з системі СІ:
1. Нища теплота горіння сірого вугілля.
2. Вища теплота горіння коли враховувати підсушування вугілля
3. Теплота горіння підвищується на:
22375.10-20263,10=2112,10Дж/кг
Приклад 3
Підрахувати об"ємний процентний склад вихлопних газів двигуна реактивного літака, який працює на керосині слідуючого складу:
С = 0.86, Н = 0.137, О = 0.003 із надлишком повітря, а = 8
Розрахунок
Кількість вуглекислого газу, водяного пару, кисню і азоту в продуктах згорання складає:
де
- теоретично
необхідна кількість повітря:
2. Повна кількість продуктів згорання:
3. Визначаємо склад вихлопних газів:
Приклад 4
Визначити калометричну температуру горіння керосину, який складається із 86% С і 13.7% Н, 0.3%" 5
1. Визначаємо нищу теплотвірну здатність керосину по рівнянню Д.І. Менделєєва:
2. Розраховуємо об''єм продуктів згорання м'5:
3. Тепловміст 1 м³ продуктів згорання складає:
4. Температуру горіння керосину приймаємо орієнтовано з залежності від тепловмісту азоту. Тут же треба брати до уваги, що присутність диоксиду вуглецю і пари води декілька знижають температуру горіння, через це її треба приймати декілька нижчою, чи по азоту.
В табл. І \ \ додатку розрахованому тепловмісту азоту відповідає температура, яка знаходиться в межах 2300 -2400°С.
Враховуючи зниження температури, приймаємо температуру горіння рівною 2200°С. При цій температурі визначаємо тепловміст продуктів згорання, кДж:
При горінні керосину тепловмісту продуктів згорання не повинен перевищувати 43347.1 кДж/кг, звідки виходить, що дійсна температура нище 2200°С.
Приймаємо температуру горіння 2100°С. Тепловміст продуктів згорання керосину при цій температурі дорівнює, кДж:
Як видно із значень тепловмісту продуктів згорання, температура їх знаходиться між 2100-2200С. Дійсну температуру продуктів згорання знаходимо інтерполяцією, приймаючи ємкість по теплу з інтервалі 2100-2000С постійною. На різність температур 100С тепловміст продуктів згорання зміниться на:
44822.1 - 42560.9 = 2261.2 кДж
Дійсна калориметрична температура горіння дорівнює:
