3.2 Построение н-t - диаграммы продуктов сгорания для газообразного топлива при изменении температуры t от 500 до 2500 °c

Формулы для расчета (см. раздел 3.1).

Таблица 3.6 - Энтальпия продуктов сгорания газообразного топлива

При t , °C	500	1000	1500	2000	2500
, кДж /кг	7772,16	16494,12	25943,57	35833,48	45996,3
, кДж/кг	6411,89	13780,77	21388,91	28709,94	36605,17
, кДж /кг	8092,75	17183,16	27013,02	37268,98	47826,55

3.2.1.Определение калориметрической температуры t_k1, °C для газообразного топлива при не подогретом воздухе:

t_k1=1944 °C.

3.2.2. Определение калориметрической температуры горения для газообразного, если воздух нагрет ( t=500 °C)

=6732,48 кДж/кг,

t_k2=2410 °C.

3.2.3 Определение теоретической температуры горения при t=500 °C

= 8241,85 кДж/кг,

t_т = 2370 °С.

3.2.4 Определение температуры воздуха ( t_в, °C) при t_д=1600 °С и ŋ_пир=0,7

Определяем при заданной действительной калориметрическую температуру

t_k3=2285 °C.

Откладываем полученную температуру на графике и определяем соответствующее ей количество теплоты (Q_k3)

Q_k3=42653,21 кДж/кг,

= – =6453,21 кДж/кг.

Определяем температуру воздуха (t_в=500 °C)

= ,

= 479,26 °С.

Находим погрешность

=4,33 %.

Таблица 3.5 - Температуры для газообразного топлива

tк1, при не подогретом воздухе (t=20°С)	tк2, если воздух нагрет (t=500°C )	tт, если воздух нагрет (T=500°C )	tв, при tд=1600°С и ŋпир=0.7
1944	2410	2370	479,26

Рисунок 3.2. - H-t - диаграмма продуктов сгорания для газообразного топлива

4 Воспламенение и распространение пламени

Основными количественными параметрами процесса зажигания являются концентрационные границы зажигания, т.е. объемные концентрации топлива в предельно бедной и предельно богатой горючей смеси.

4.1 Определение для заданного вида газообразного топлива концентрационных границ зажигания (L_н(в))

Если сжигается топливо, в составе которого несколько горючих газов, то концентрационная граница определяется следующим образом

где C_i - объемная концентрация i-того горючего компонента;

L_i - концентрационная граница этого компонента.

В итоге получаем концентрационные границы для заданного сухого газообразного топлива

L_н= 4,83 %,

L_в=14,77 %.

4.2 Установление зависимости верхней концентрационной границы зажигания от балластирующих компонентов ( ):

Если в смеси содержатся балластирующие компоненты (CO₂ и N₂) и их суммарная концентрация не превышает 10 процентов, то концентрационная граница будет равна

где Б - объем содержания балластирующих компонентов.

В данной курсовой работе Б=1,3.

Таким образом, верхняя концентрационная граница, с учетом балластирующих компонентов

=15,31.

4.3 Определение коэффициентов избытка воздуха соответствующих концентрационным границам зажигания (α_н(в)):

Концентрационные границы зажигания удобно выражать через соответствующие им коэффициенты избытка воздуха

где - теоретический расход окислителя.

После расчета получаем: α_н =2,07 и α_в = 0,61.

Скорость нормального распространения пламени зависит от начальных параметров горючей смеси. Для топлива, состоящего из нескольких горючих компонентов, скорость распространения пламени без учета баластирующих компонентов вычисляется по формуле

где U_ni - скорость распространения пламени горючей смеси, состоящей из i-го горючего компонента и заданного окислителя.

C учетом балластирующих компонентов

= (1-0,01 -0,012 ),

,

где n = 1,75, а – скорость распространения пламени при t₀= 293К,

T₀– начальная температура горючей смеси.

= 0,301 м/с,

=0,288 м/с.

Таблица 4.1

t, °С	20	100	180	260	340	420	500
, м/с	0,26	0,44	0,62	0,83	1,06	1,31	1,58

Зависимость скорости от температуры представлена на рисунке 4.1

Рисунок 4.1 - Зависимость скорости распространения пламени от температуры

4.4 Определение длины кинетического факела в зависимости от скорости стехиометрической смеси с воздухом в диапазоне от 0,5 до 1,5 м/с

Диаметр устья горелки d=20 мм.

Длину факела можно вычислить по формуле

,

где w_cp-средняя скорость истечения горючей смеси из горелки, м/с.

U_n=0,26 м/с.

Таблица 4.2

wcр, м/с	0,5	0,75	1	1,25	1,5
lф, м	0,034	0,052	0,069	0,086	0,103

Зависимость длины факела от скорости представлена на рисунке 4.2

Рисунок 4.2 - Зависимость длины кинетического факела от средней скорости истечения горючей смеси

5 Вычисление критических скоростей псевдоожижения для заданного твердого топлива при температуре воздуха, равной 400 °С

Твердое топливо сгорает в плотном слое, если скорость воздуха в топке меньше нижней критической скорости псевдоожижения, т.е.

Нижняя критическая скорость , м/с определяется по формуле

где Ar - число Архимеда;

d_э- эквивалентный диаметр кусков топлива, м. d_э=0,025 м;

-кинематический коэффициент вязкости воздуха, м²/c;

, - плотность топлива и воздуха соответственно, кг/м³.

Плотность топлива определяется по формуле

где , - содержание углерода и водорода в составе горючей массы твердого топлива, %.

=1360 кг/м³.

Число Архимеда определяется по формуле

9,54·10⁷.

Если

где - верхняя критическая скорость псевдоожижения, м/с, то твердое топливо сгорает в псевдоожиженом слое.

Верхняя критическая скорость псевдоожижения , м/с определяется по формуле

Таким образом

=4,65 м/с.

=40,74 м/с.

Заключение

В заданной курсовой работе мы выполнили расчет горения заданных видов топлива. Провели пересчет элементарного химического состава топлива на рабочую массу, при изменении его влажности (в случае с твердым топливом) и влагосодержания (в случае с газообразным топливом). Составили уравнения материального и теплового балансов. Также определили концентрационные границы зажигания газообразного топлива и скорость распространения пламени в твердом топливе. Таким образом, мы справились с поставленной задачей и закрепили полученные в течение курса знания, которые будут необходимы при дальнейшем обучении и работе в сфере промышленной теплоэнергетике.