Пример расчета
Определить состав рабочей массы горючего вещества (мазута марки М-100), низшую и высшую теплоту сгорания и тепловой эквивалент. Рассчитать теоретически необходимое и действительное количество воздуха для горения в условиях топливосжигающего устройства (камерной топки), состав и общий объёмный расход продуктов горения, энтальпию дымовых газов, калориметрическую и теоретическую температуры горения с построением и использованием J – t диаграммы, эксергию и эксергетический КПД процесса горения.
Заданный элементарный состав жидкого горючего вещества:
Cг = 88,4 %; Hг = 10,4 %; Sлг = 0,5 %; Oг = 0,2 %; Nг = 0,5 %; Aс = 0,1 %; Wр = 3 %.
По пересчетной таблице 1 содержание золы на рабочую массу, %
;
содержание углерода на рабочую массу, %
содержание водорода на рабочую массу, %
содержание серы на рабочую массу, %
содержание кислорода на рабочую массу, %
содержание азота на рабочую массу, %
Проверка пересчета по уравнению материального баланса (1):
.
Низшая теплота сгорания мазута определяется по формуле (8), кДж/кг
Qнр
= 338Cр
+1250Hр
+109(Sлр
– Op)
– 25(Wp
+ 9Hр)
= 338
85,66
+ +1250
.
Высшая теплота сгорания по формуле (7), кДж/кг
Qвр
= Qнр
+ 25(Wp
+ 9Hр)
= 39261,9 +
Тепловой (энергетический) эквивалент горючего вещества
Теоретически необходимый объём воздуха для горения мазута, м3/кг
Действительный
расход воздуха при коэффициенте воздуха
в топке
,
м3/кг
.
Объём трехатомных газов, м3/кг
Объём
двухатомных газов, м3/кг
.
Объём водяных паров, м3/кг
1,35.
Общий объём дымовых газов, м3/кг
Для
определения калориметрической и
теоретической температуры горения
построим J
– t
диаграмму в диапазоне температуры
500…2000
с шагом 500
,
используя табл.1. Так при температуре t
= 500°С энтальпия дымовых газов, кДж/кг
при температуре t = 1000°С
;
при температуре t = 2000°С
;
при температуре t = 1500°С
Для построения J – t диаграммы можно воспользоваться электронной таблицей Microsoft Excel (рис.1). Линия регрессии удовлетворительно описывается уравнением, кДж/кг
При значении J = Qнр калориметрическая температура горения составит,
Рис.1.
J
– t
диаграмма продуктов сгорания мазута
при
Теоретическое тепловыделение в топливосжигающем устройстве для мазута, кДж/кг
Теоретическая температура горения,
Таким образом, расхождение между характерными температурами горения составляет в данных условиях 14,6 или 0,8 %.
Эксергию теплоты сгорания жидкого топлива определим по формуле (29), кДж/кг
Эксергетический КПД процесса горения
КПД топочного устройства для сжигания мазута
Сравнив
и
,
сделайте вывод о термодинамической
эффективности процессов сжигания
горючих веществ.
Задание на расчетно-графическую работу. Часть 2 «Расчет избыточного давления при взрывном горении газовоздушных смесей в помещении»
Через
производственное помещение, свободный
объем которого
,
проходит трубопровод с проходным
сечением диаметром d
,
по которому транспортируется газ с
расходом
(при
нормальных физических условиях) и с
максимальным давлением
.
Трубопровод оснащен системой
автоматического отключения со временем
срабатывания с
и обеспечением резервирования ее
элементов. Длина отсекаемого участка
трубопровода
.
Рассчитать избыточное давление при возможном возникновении дефлаграционного взрыва газовоздушной горючей смеси в результате аварийной разгерметизации трубопровода.
Произвести оценку возможной степени поражения здания и при необходимости предложить меры по повышению взрывобезопасности сооружения.
Исходные данные:
№ вар. |
Газ |
dтр, мм |
Lтр,м |
q, м3/с |
Vсв, м3 |
Pmax, кПа |
с, с |
1 |
метан |
50 |
10 |
0,05 |
60 |
50 |
15 |
2 |
этан |
75 |
15 |
0,1 |
75 |
75 |
20 |
3 |
пропан |
100 |
20 |
0,15 |
100 |
100 |
25 |
4 |
метан |
120 |
30 |
0,2 |
300 |
120 |
30 |
5 |
этан |
150 |
35 |
0,25 |
500 |
150 |
35 |
6 |
пропан |
32 |
12 |
0,12 |
50 |
110 |
10 |
7 |
метан |
40 |
25 |
0,17 |
80 |
90 |
20 |
8 |
этан |
110 |
18 |
0,19 |
150 |
110 |
30 |
9 |
пропан |
133 |
27 |
0,18 |
200 |
130 |
22 |
10 |
метан |
30 |
10 |
0,15 |
90 |
85 |
15 |
11 |
этан |
90 |
28 |
0,2 |
250 |
140 |
32 |
12 |
пропан |
100 |
17 |
0,22 |
400 |
155 |
27 |
13 |
метан |
80 |
24 |
0,25 |
350 |
145 |
17 |
14 |
этан |
130 |
12 |
0,14 |
120 |
125 |
32 |
15 |
пропан |
90 |
18 |
0,1 |
180 |
135 |
20 |
16 |
метан |
50 |
20 |
0,08 |
50 |
80 |
30 |
17 |
этан |
90 |
15 |
0,17 |
70 |
95 |
22 |
18 |
пропан |
110 |
24 |
0,22 |
110 |
125 |
28 |
19 |
метан |
125 |
32 |
0,27 |
250 |
135 |
32 |
20 |
этан |
140 |
38 |
0,32 |
350 |
140 |
40 |
21 |
пропан |
45 |
25 |
0,15 |
65 |
150 |
15 |
22 |
метан |
65 |
30 |
0,25 |
85 |
115 |
22 |
23 |
этан |
115 |
28 |
0,22 |
130 |
120 |
28 |
24 |
пропан |
130 |
33 |
0,28 |
210 |
138 |
25 |
25 |
метан |
105 |
19 |
0,31 |
115 |
145 |
21 |