3. Расчет горения топлива

3.1. Расчет горения газообразного топлива.

3.1.1 Записать состав топлива соответствующий заданию (№ варианта):

CH₄ + С_mH_n + СО + Н₂ + H₂S + SO₂ + CO₂ + О₂ + N₂ = 100 %.

3.1.2 Определение количества воздуха необходимого для полного сгорания топлива.

1) Количество кислорода необходимое для горения:

2) Количество теоретически необходимого воздуха:

,

где k- отношение объемного содержания азота к кислороду в обычном воздухе, не обогащенного кислородом, k = 3,76

3) Действительное количество воздуха необходимого для горения:

L_α = αL₀,

где α – коэффициент избытка воздуха заданный в условии задачи, предусматривающий некачественное смесеобразование.

3.1.3 Количество и состав продуктов горения (ПГ):

Продукты горения содержат следующие элементы и соединения: RO₂ (RO₂=CO₂+SO₂), Н₂О, N₂ и О_2.

1) Объем RO₂ (RO₂=CO₂+SO₂), в м³/м³:

.

2) Водяной пар образуется при горении углеводородов, водорода и сероводорода. Тогда количество водяного пара в продуктах полного горения, м³/м^3:

.

3) Объем азота, м³/м³:

.

4) Объем избыточного кислорода, м³/м³:

5) Объем избыточного азота, м³/м³:

6) Суммарный объем азота, м³/м³:

7) Теоретическое количество продуктов сгорания (дыма):

8) Общее количество продуктов сгорания (дыма):

9) Состав продуктов сгорания (дыма), %:

10) Плотность продуктов сгорания, кг/м³:

3.1.4 Определение температуры горения топлива по формуле Менделеева:

1) Теплота сгорания газа, кДж/м³:

2) Химическая энтальпия продуктов сгорания, кДж/м³ :

3) Энтальпия воздуха, кДж/м³(в случае его подогрева):

,

где С – теплоемкость воздуха при заданной температуре t_в, находим ее из таблицы приведенной ниже, t_в – температура воздуха заданная в условии задачи.

t,0C...................	0	100	200	300	400
C, кДж/(м3.0С)..	1,298	1,302	1,309	1,318	1,330

4) Энтальпия продуктов сгорания, кДж/м³:

i = i_x+i_в

5) Теоретическая температура сгорания, ⁰С:

Определив энтальпию продуктов сгорания i, методом интерполирования на интервале находим по таблице теоретическую температуру сгорания:

i, кДж/м3	2405	2585	2785	2955	3170	3385	3625	3890	4190	4520	5015
t,0C…….	1500	1600	1700	1800	1900	2000	2100	2200	2300	2400	2500

Принцип метода интерполирования рассмотрим на примере:

Допустим мы получили i = 3055 кДж/м³

1. По таблице выбираем интервал на котором присутствует i = 3055 кДж/м³, это интервал между 2955 кДж/м³ и 3170 кДж/м³.

2. Затем определяем сколько ⁰С приходится на 1 кДж/м³ на этом интервале, делаем это следующим образом: (1900-1800)/(3170-2955)=0,4651 ⁰С

3. Определяем сколько ⁰С приходится на участок от 2955 кДж/м³ до 3055 кДж/м³

t_int=(3055-2955)*0,4651=100*0,4651=46,51 ⁰С

4. Находим температуру соответствующую i = 3055 кДж/м³. Т.к. При i = 2955 кДж/м³ температура t = 1800 ⁰С, а на интервале от 2955 кДж/м³ до 3055 кДж/м³ приходится Δt = 46,51 ⁰С. То наша искомая температура t = 1800+46,51 = 1846,51 ⁰С

6) Действительная температура сгорания, ⁰С:

Действительная температура горения t_n, наблюдаемая в печи, всегда ниже теоретической, так как процесс горения сопро­вождается потерей теплоты печью в окружающую среду: чем больше теряется теплоты, тем ниже практическая температура сгорания:

t_n=ηt

где η − пирометрический коэффициент; для нагревательных печей он равен 0,65—0,75.

Меньшие значения η принимают для камерных печей, большие – для

методических, карусельных и т.п. печей. В нашем случае используется камерная печь, η принимаем равным 0,65. Если же температура горения недостаточна, то коэффициент η необходимо повысить, приведя соответствующую мотивировку или повысить температуру подогрева воздуха.

3.2. Расчет горения жидкого топлива.

3.2.1 Определить состав рабочей массы топлива:

Следует сразу отметить что содержание азота и кислорода задано в виде (О₂+N₂)^Г, поэтому для дальнейших расчетов необходимо разделить азот и кислород 50:50. Например вам задан (О₂+N₂)^Г=0,9% тогда после разделения мы получим О₂^Г=0,45% и N₂^Г=0,45 %

В условиях заданий состав топлива зада в виде горючей массы топлива (С^Г, Н^Г, S^Г, О₂^Г , N₂^Г), поэтому необходим пересчет состава топлива на рабочую массу, формула для пересчета имеет следующий вид:

Х^Р=Х^Г(100-W^Р-А^Р)/100

3.2.2 Записать состав рабочей массы заданного топлива:

С^р + Н^р + О^р + N^р + S^р + А^р + W^р = 100%

3.2.3 Определение количества воздуха необходимого для полного сгорания топлива.

1) Количество кислорода необходимое для горения:

2) Количество теоретически необходимого воздуха:

,

где k- отношение объемного содержания азота к кислороду в обычном воздухе, не обогащенного кислородом, k = 3,76

3) Действительное количество воздуха необходимого для горения:

L_α = αL₀,

где α – коэффициент избытка воздуха заданный в условии задачи

3.2.4 Количество и состав продуктов горения (ПГ):

1) Объем СO₂, м³/кг:

.

2) Суммарное количество водяного пара в продуктах горения, м³/кг:

,

где W^Ф водяной пар вносимый в топливо при разогреве. В нашем случае считаем что топливо не требует разогрева, принимаем W^Ф=0.

3) Объем SO₂, м³/кг:

.

4) Объем избыточного кислорода, м³/кг:

5) Объем азота, м³/кг:

6) Объем избыточного азота, м³/м³:

7) Суммарный объем азота, м³/м³:

8) Теоретическое количество продуктов сгорания (дыма):

9) Суммарный объем продуктов сгорания, м³/кг:

10) Состав влажных продуктов сгорания), %:

11) Состав сухих продуктов сгорания, %:

Результаты расчетов влажных и сухих продуктов сгорания записать в таблицу:

	CO2	H2O	SO2	O2	N2	Сумма, %
Влажные
Сухие		–

12) Плотность продуктов сгорания, кг/м³:

,

где , , , , - процентное содержание соединений во влажных ПГ.

3.2.5 Определение температуры горения топлива:

1) Теплота сгорания мазута, кДж/м³:

2) Химическая энтальпия продуктов сгорания, кДж/м³ :

3) Энтальпия воздуха, кДж/м³:

,

где С – теплоемкость воздуха при заданной температуре t_в, находим ее из таблицы приведенной ниже, t_в – температура воздуха заданная в условии задачи.

t,0C...................	0	100	200	300	400
C, кДж/(м3.0С)..	1,298	1,302	1,309	1,318	1,330

4) Энтальпия продуктов сгорания, кДж/м³:

i = i_x+i_в

5) Теоретическая температура сгорания, ⁰С:

Определив энтальпию продуктов сгорания i, методом интерполирования на интервале находим по таблице теоретическую температуру сгорания:

i, кДж/м3	2405	2585	2785	2955	3170	3385	3625	3890	4190	4520	5015
t,0C…….	1500	1600	1700	1800	1900	2000	2100	2200	2300	2400	2500

Примечание: принцип метода интерполирования был рассмотрен ранее, п.3.1.4.

6) Действительная температура сгорания, ⁰С:

Действительная температура горения t_n, наблюдаемая в печи, всегда ниже теоретической, так как процесс горения сопро­вождается потерей теплоты печью в окружающую среду: чем больше теряется теплоты, тем ниже практическая температура горения:

t_n=ηt

где η − пирометрический коэффициент; для нагревательных печей он равен 0,65—0,75.

Меньшие значения η принимают для камерных печей, большие – для методических, карусельных и т.п. печей. В нашем случае используется камерная печь, η принимаем равным 0,65. Если же температура горения недостаточна, то коэффициент η необходимо повысить. Если же температура горения недостаточна, то коэффициент η необходимо повысить, приведя соответствующую мотивировку или повысить температуру подогрева воздуха.