§ 2. Определение необходимого
КОЛИЧЕСТВА ВОЗДУХА
ДЛЯ ПОЛНОГО СГОРАНИЯ ТОПЛИВА
Если состав топлива известен, то количество воздуха, необходимого для полного сгорания любого из его компонентов, можно определить из выражения С + О2 = СО2. Эта формула показывает, что на каждые 12 кг углерода (С) расходуется 32 кг кислорода (О2). Следовательно, на 1 кг С расходуется 32 : 12 = 2,67 кг, аналогично – для водорода. Согласно реакции его горения, имеем 2Н2 + О2 = 2Н2О. Следовательно, на каждые 4 кг Н2 требуется 32 кг кислорода, то есть на 1 кг Н2 надо 8 кг кислорода.
Для процесса горения серы получаем: S + O2 = SO2, для полного сгорания 32 кг серы требуется 32 кг кислорода. Следовательно, на 1 кг серы нужно 1 кг кислорода.
Учитывая, что в топочную камеру котельного агрегата подается не кислород, а воздух, в котором содержится 23% кислорода по массе, а плотность воздуха при нормальных условиях равна 1,293 кг/м3, можно найти теоретический объем воздуха для полного сгорания 1 кг топлива:
(188)
Для газообразного топлива теоретическое количество воздуха, необходимого для полного сгорания 1 м3 газа при нормальных условиях, можно определить по справочной литературе.
В действительности в топочную камеру подается воздуха больше, чем требуется по приведенным выше реакциям, так как не весь кислород, содержащийся в воздухе, участвует в горении:
дв = . тв,
где – коэффициент избытка воздуха.
§ 3. Объем и состав продуктов сгорания
Для правильного расчета и выбора теплотехнических агрегатов необходимо знать количество образующихся продуктов сгорания. Как правило, количество продуктов сгорания относят к 1 кг твердого или жидкого топлива или к 1 м3 газообразного топлива при нормальных условиях. Как отмечалось выше, при полном сгорании углерод образует углекислоту (CO2), сера – сернистый ангидрид (SO2), влага топлива и водород в составе топлива – водяные пары (H2O). Кроме того, в состав продуктов сгорания входят азот (N2) вносимый в составе топлива с воздухом, и кислород (О2), не использованный в процессе горения.
Объемы продуктов сгорания характеристики твердого и жидкого топлива приведены в приложениях 8 и 9.
§ 4. Энтальпия и теплоемкость
ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ
Знание энтальпии продуктов сгорания (табл. 4) необходимо для расчета и выбора топливоиспользующих устройств. Энтальпию продуктов сгорания рассчитывают на 1 кг или 1 м3 топлива, при сжигании которого они получены.
4. Численные значения энтальпий составляющих продуктов сгорания и воздуха при различных температурах
Температура, К |
НСО2, кДж/м3 |
НN2, кДж/м3 |
НО2, кДж/м3 |
НН2О, кДж/м3 |
Нвозд., кДж/м3 |
373 |
170,1 |
130,0 |
132,0 |
150,8 |
132,4 |
473 |
357,8 |
260,2 |
267,3 |
304,6 |
266,5 |
573 |
559,4 |
392,2 |
407,3 |
463,0 |
403,1 |
673 |
772,6 |
527,1 |
551,4 |
626,8 |
542,2 |
773 |
997,2 |
664,5 |
699,7 |
795,3 |
684,6 |
873 |
1223,0 |
804,5 |
850,6 |
967,9 |
830,5 |
973 |
1462,0 |
946,9 |
1006,0 |
1148,0 |
980,5 |
1073 |
1705,0 |
1094,0 |
1160,0 |
1337,0 |
1131,0 |
1173 |
1953,0 |
1244,0 |
1320,0 |
1525,0 |
1282,0 |
1273 |
2204,0 |
1395,0 |
1479,0 |
1726,0 |
1437,0 |
1473 |
2719,0 |
1697,0 |
1802,0 |
2133,0 |
1756,0 |
1673 |
3243,0 |
2011,0 |
2464,0 |
3004,0 |
2405,0 |
1873 |
3771,0 |
2325,0 |
2799,0 |
3461,0 |
2732,0 |
2073 |
4307,0 |
2644,0 |
2129,0 |
2560,0 |
2978,0 |
2273 |
4748,0 |
2967,0 |
3143,0 |
3930,0 |
3067,0 |
Для того чтобы отличить от принятой ранее удельной энтальпии, отнесенной к 1 кг рабочего тела h, энтальпию продуктов сгорания обозначим условно буквой Н:
Hг = г . cг . t, (189)
где t – температура продуктов сгорания, 0С; cг – средняя теплоемкость продуктов сгорания в интервале температур от 0 0С до t 0C, Дж/(м3 . К).
Теплоемкость продуктов сгорания можно рассчитать как теплоемкость смеси газов:
(190)
где ci, ri – удельные (на единицу объема) теплоемкости кДж/(м3 . К) и объемные доли компонентов.
П р и м е р. Определить низшую теплоту сгорания твердого рабочего топлива следующего состава: Cp = 70,4%, Hp = 5,1, Op = 11,6, Sp = 2, Np = 0,9, Ap = 5, Wp = 5%.
Р е ш е н и е.
Qpн = 339 Op + 1030 Hp – 109 (Op – Sp) – 25 Wp = 339.
70,4 + 1030 . 5,1 – 109 (11,6 – 2) – 25 . 5 27 900 кДж/кг.
Контрольные вопросы и задания. 1. Что называется топливом, как оно классифицируется? 2. Что называется теплотой сгорания топлива? Как она определяется? 3. Что такое условное топливо? Как перевести любое реальное топливо в условное? 4. Дайте характеристику основным компонентам топлива. 5. Дайте краткую характеристику основных видов топлива. 6. В чем состоит сущность процесса горения? 7. Что такое теоретическое и действительное количество воздуха и как оно определяется? 8. Что называется коэффициентом избытка воздуха и каковы его приближенные значения для разных топлив?
УКАЗАТЕЛЬ ЛИТЕРАТУРЫ
Алексеев Г. Н. Общая теплотехника.– М.: Высшая школа, 1980.
Андрющенко А. И. Основы термодинамики циклов теплоэнергетических установок.– М., Высшая школа.
Арнольд Л. В. и др. Техническая термодинамика и теплопередача.– М., Высшая школа.
Вукалович М. П., Ривкин С. А., Александров А. А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара.– М.: Изд-во стандартов, 1969.
Исаченко В. П., Осипова В. А., Сукомел А. С. Теплопередача.– М.: Энергия, 1978.
Кирилин В. А. и др. Техническая термодинамика.– М: Наука, 1979.
Костерев Ф. М., Кушнырев В. И. Теоретические основы теплотехники.– М.: Энергия, 1978.
Красощеков Е. А., Сукомел А. С. Задачник по теплопередаче.– М.: Энергия, 1975.
Михеев М. А., Михеева И. М. Основы теплопередачи.– М.: Энергия, 1977.
Тепловой расчет котельных агрегатов (нормативный метод).– М.: Энергия, 1973.
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКИ
|
|
Лекция 1. Основные положения ………………………………. |
5 |
§ 1. Предмет технической термодинамики и ее задачи ………. |
5 |
§ 2. Термодинамическая система. Рабочее тело. Основные параметры состояния рабочего тела ………….. |
6 |
Лекция 2. Идеальные газы и их основные законы …………. |
9 |
§ 1. Уравнения состояния идеальных и реальных газов ……… |
9 |
§ 2. Газовые смеси ………………………………………………. |
11 |
Лекция 3. Теплоемкость газов …………………………………. |
14 |
§ 1. Истинная и средняя теплоемкости ………………………... |
14 |
§ 2 Изобарная и изохорная теплоемкости идеального газа ….. |
15 |
§ 3. Теплоемкость газовых смесей …………………………….. |
17 |
Лекция 4. Первый закон термодинамики …………………… |
18 |
§ 1. Термодинамический процесс ……………………………… |
18 |
§ 2. Работа расширения газа и внутренняя энергия …………... |
19 |
§ 3. Теплота ……………………………………………………… |
22 |
§ 4. Первый закон термодинамики …………………………….. |
22 |
Лекция 5. Термодинамические процессы в газах …………… |
25 |
§ 1. Метод исследования термодинамических процессов. Энтропия газов ……………………………………………... |
26 |
§ 2. Изохорный процесс ………………………………………… |
27 |
§ 3. Изобарный процесс ………………………………………… |
29 |
§ 4. Энтальпия газа ……………………………………………… |
31 |
§ 5. Изотермически процесс ……………………………………. |
32 |
§ 6. Адиабатный процесс ………………………………………. |
34 |
§ 7. Политропный процесс ……………………………………... |
36 |
§ 8. Анализ политропных процессов …………………............... |
37 |
Лекция 6. Второй закон термодинамики …………………….. |
40 |
§ 1. Круговые процессы ………………………………………… |
40 |
§ 2. Прямой обратимый цикл Карно …………………………… |
43 |
§ 3. Обратный обратимый цикл Карно ………………………… |
45 |
§ 4. Сущность и формулировки второго закона термодинамики ……………………………………………. |
47 |
Лекция 7. Идеальные циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания, газотурбинных двигателей и процессы поршневых компрессоров ……………………………………….. |
48 |
§ 1. Общие понятия об идеальных циклах двигателей внутреннего сгорания ……………………………………... |
48 |
§ 2. Циклы газотурбинных установок …………………………. |
55 |
§ 3. Термодинамические основы работы поршневых компрессоров ………………………………………………. |
58 |
Лекция 8. Водяной пар ………………………………………….. |
64 |
§ 1. Основные понятия и определения - и Ts-диаграммы водяного пара ……………………………………………… |
65 |
§ 2. hs-диаграмма водяного пара ………………………………. |
69 |
§ 3. Основные термодинамические параметры воды и водяного пара ……………………………………………….
|
71 |
Лекция 9. Циклы паросиловых установок ………………….. |
73 |
§ 1. Цикл Карно для водяного пара ……………………………. |
73 |
§ 2. Цикл Ренкина ………………………………………………. |
75 |
§ 3. Влияние основных параметров пара на величину термического КПД цикла Ренкина ………………………... |
77 |
Лекция 10. Влажный воздух ……………………………………. |
79 |
§ 1. Физические свойства влажного воздуха …………………. |
80 |
§ 2. Hd-диаграмма влажного воздуха ………………………….
|
82 |
РАЗДЕЛ ВТОРОЙ ОСНОВЫ ТЕПЛООБМЕНА |
|
Лекция 11. Теплопроводность …………………………………. |
86 |
§ 1. Основные понятия и определения ………………………… |
86 |
§ 2. Закон Фурье ………………………………………………… |
86 |
§ 3. Частные случаи теплопроводности при стационарном режиме ……………………………………………………… |
89 |
Лекция 12. Конвективный теплообмен. Теплообмен излучением ………………………………………… |
92 |
§ 1. Общие понятия конвективного теплообмена ……………. |
93 |
§ 2. Особенности теплоотдачи при кипении жидкости ………. |
94 |
§ 3. Основные понятия и законы излучения …………………... |
96 |
§ 4. Некоторые задачи теплообмена излучением …………….. |
98 |
Лекция 13. Теплопередача. Основы расчета теплообменных аппаратов ………………………………………….. |
100 |
§ 1. Теплопередача через плоскую стенку ……………………. |
101 |
§ 2. Теплопередача через цилиндрическую стенку …………… |
103 |
§ 3. Интенсификация теплопередачи. Тепловая изоляция …… |
104 |
§ 4. Теплообменные аппараты ………………………………….
|
106 |
РАЗДЕЛ ТРЕТИЙ ТОПЛИВО И ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПРОЦЕССОВ ГОРЕНИЯ
|
|
Лекция 14. Энергетическое топливо ………………………….. |
111 |
§ 1. Классификация топлива ……………………………………. |
111 |
§ 2. Состав топлива |
111 |
§ 3. Теплота сгорания топлива. Понятие условного топлива ... |
113 |
§ 4. Теплотехническая характеристика основных компонентов топлива ……………………………………… |
115 |
§ 5. Характеристика отдельных видов топлива ………………. |
117 |
Лекция 15. Основы процесса горения топлива ……………… |
119 |
§ 1. Сущность процесса горения топлива …………………….. |
119 |
§ 2. Определение необходимого количества воздуха для полного сгорания топлива ………………………………… |
120 |
§ 3. Объем и состав продуктов сгорания ……………………… |
121 |
§ 4. Энтальпия и теплоемкость продуктов сгорания …………. |
122 |
Приложения ……………………………………………………... |
124 |
Указатель литературы …………………………………………... |
141 |