Продукты сгорания при горении каменного угля

Элементный состав горючего вещества	Продукты сгорания,
	СО2	Н2О	SO2	N2
Углерод	1,86·0,758=1,4	-	-	7·0,758=5,306
Водород	-	11,2·0,038=0,425	-	21·0,038=0,798
Сера	-	-	0,7·0,25=0,017	2,63·0,025=0,658
Азот	-	-	-	0,8·0,011=0,009
Влага	-		-	-
Итого:	1,4	0,462	0,017	6,771-0,074= =6,697

Примечание: Из общего объёма N₂ вычитается объём N₂ , приходящийся на кислород в составе каменного угля м³.

Объём всех продуктов составит: м³.

Для определения температуры горения нужно также знать теплоёмкости или теплосодержание продуктов сгорания при различных температурах t. Теплосодержание газообразных продуктов сгорания приведено в табл.11.

Таблица 11

Теплосодержание газов при постоянном давлении

Температура оС	Теплосодержание,
	СО2	Н2О	SO2	O2	N2
0 100 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000	0 170,1 357,7 772,6 1226 1706 2205 2719 3241 3771 4307 4848 5393 5933 6487 7033 7590	0 150,6 304,7 626,8 969,5 1335 1724 2134 2561 3004 3461 3929 4406 4891 5387 5898 6426	0 181,4 337,9 824,6 1270 1746 2237 2735 3238 3748 4161 4668 5337 5893 6460 7051 7655	0 131,8 267,2 551 851 1161 1479 1802 2130 2462 2800 3141 3498 3834 4185 4546 4915	0 130,1 260,9 528,7 807,8 1098 1398 1705 1809 2336 2656 2980 3306 3633 3954 4304 4635

Пример. Определить температуру горения керосина, состоящего из 86% углерода, 13% водорода и 0,3% серы. Теплота сгорания керосина 43347 кДж/кг.

Решение. 1.Используя реакции горения углерода, водорода, серы (2.21), находим объём продуктов сгорания

м³

м³

м³

м³

Итого: V_П=1,6+1,53+0,002+8,905=12,04м³

Теплосодержание 1м³ продуктов сгорания

.

2.В продуктах сгорания больше всего азота. Следовательно, на его теплосоединение целесообразно ориентироваться при подборе значения t_г. Поскольку теплосодержание СО₂ и Н₂О выше, чем теплосодержание N₂ , в качестве первого приближения примем t_г=2200^оС. Теплосодержание продуктов сгорания при этой температуре составляет:

СО₂ -

Н₂О -

SO₂ -

N₂ -

Итого: 44821 кДж/кг

3.Так как 44821 кДж/кг , в качестве второго приближения принимаем значение t_г=2000 ^оС. Находим:

СО₂ -

Н₂О -

SO₂ -

N₂ - 2980·8,095=26537

Итого: 39314 кДж/кг

4.Поскольку , значение t_г находим интерполяцией

t_г= ^оС.

Самостоятельный интерес представляет использование средних значений теплоемкости продуктов сгорания для определения температуры горения.

Пусть, например, требуется оценить температуру горения пропано- воздушной смеси стехиометрического состава.

Выпишем реакцию горения такой смеси, используя уравнение (1.39)

C₃H₈ + 5O₂+ 5*3,76 N₂ = 3CO₂ +2H₂O + 5*3,76N₂ +Q_сг

Для нахождения температуры горения смеси воспользуемся соотношением (2.19), представив его в виде

Qн = Qт = *t_г , (2.22)

где Qн, Qт – низшая теплота сгорания и теплосодержание соответственно; = n i i - средняя теплоемкость продуктов сгорания при изменении температуры от начальной t0 до температуры горения t_г; ni – число молей i– го продукта сгорания; i – средняя теплоемкость i – го продукта сгорания.

Для определения величины воспользуемся соотношением (1.26), согласно которому Cp = Cv + R , где R – универсальная газовая постоянная.

Принято величину средней теплоемкости представлять в виде

= a+bt+ct². В приближенных расчетах ограничиваются зависимостью Сv = a + bt.

Одним из первых, определивших значение для ряда газов (N2,O2,H2,CO, CO2,H2O (пар)), были Mallard и Le Chatelier [11].

Позднее предложены следующие зависимости [12]:

Двухатомные газы = 4,8 + 4,5 *10^-4 *t кал/моль * град

Пары воды = 4,0 + 21,5 * 10^-4 *t кал/моль * град.

Углекислый газ = 9.0 + 5.8 * 10^-4 *t кал/моль * град (2.23)

Четырехатомные газы = 10 + 4.5 * 10^-4 *t кал/моль * град

Пятиатомные газы = 12 + 4.5 *10^-4 *t кал/моль * град

Ниже для определения значений используется апроксимация данных [13]:

N 2 = 4.96 + 0,0006 t кал/моль.град при 0< t< 3000

H2O (пар) = 5,96 + 0,00135 t кал/моль.град при 0< t< 3000 (2.24)

CO2 = 9,0 + 0,00093 t кал/моль.град при 0< t< 3000

Найдем теплоемкости продуктов сгорания рассматриваемой реакции горения:

18,8 N2 18,8(4,96 + 0,0006t) = 93,25 + 0,01128 t

4Н2О 4 (5,96 + 0,00135t) = 23,84 + 0,0054 t

3СO2 3 (9,0 + 0,00093t) = 27 + 0.00279 t

Всех продуктов: = 144.09+ 0.01947 t

Число молей продуктов сгорания N =Σ ni = 3+4+18,8=25,8. Следовательно, Cp = 144,09 + 0,01947t + 25,8 * 1,99 = 195,43 + 0,01947 t.

Теплота сгорания пропана Q_сг = Q н = 46,4 МДж/кг = 2042 кДж/моль =

= 487* 10³ кал/моль (см.табл.32). Так как Q н =Cp·· t_г, имеет место уравнение

0,01947 t²_г + 195,43 t_г – 487 * 10³ = 0

Решая уравнение, получаем:

Примечание: расчет по способу, изложенному в предыдущем примере с использованием данных табл.11, дает значение температуры горения рассматриваемой смеси t_г = 2100⁰С.

В табл.12 приведены для сравнения действительные температуры горения керосина и горючих газов в атмосфере воздуха. Приведены также данные по температуре горения некоторых других веществ и материалов.

Таблица 12