272

регламентируется технологическими условиями, а при сжигании его в топке сушильной установки или парового котла лимитируется температуростойкостью ее футеровки.

В нашем примере рассмотрен случай сжигания газа во вращающейся керамзитообжигательной печи с максимальной температурой обжига tП=1150 С, и, следовательно, требуется определить коэффициент избытка воздуха, необходимо для обеспечения температуры горения 1150 С.

Необходимый коэффициент избытка воздуха определяют из уравнения теплового баланса процесса горения 1м3 газа по формуле

где Qн - низшая теплота сгорания газа (для газа Тюменского месторождения Qн=36400 КДж/м3);

Vов – теоретический расход воздуха, м3 (в нашем случае Vов=9,51 м3/м3 (графа 11, строка 11);

Cв – объемная теплоемкость воздуха (по справочным данным Cв=1,3

3

КДж/(м С);

tв и tт – температура соответственно воздуха и природного газа, поступающего на горение tв и tт принимем равными 10 С;

Ст – объемная теплоемкость газового топлива колеблется в пределах

где tп – требуемая практическая температура горения, назначаемая по условиям технологии (задана tп=1150 С);

к –калориметрический коэффициент процесса горения (коэффициент прямой отдачи). Для вращающихся печей по опытным дан-

ным к=0,8;

Сд – объемная теплоемкость продуктов горения (дымовых газов). Она может быть подсчитана как средневзвешенная теплоемкость газовой смеси по формулам термодинамики.

Для проектных расчетов объемной теплоемкости продуктов горения

3

(КДж/(м С) допустимо пользоваться приближенной формулой

Сд=1,335+0,0000755tк.

Подсчитываем

tк=1150 1437,5 С; 0,8

Принимаем tд=tк.

3

Тогда Сд=1,355+0,0000755 1437,5=1,464 КДж/(м С);

Из уравненния (5.1)

= Qн tТ СT .

VOД tк СД VOД СВtВ

После подстановки получаем:

10,7 1437,5 1,464 9,52 1,3 10

При =1,6 продолжаем расчет горения топлива (табл.5.1) (строки 12…15). Итоговые цифры в строке 15 графы 10 получают суммированием результатов строк 8,12…14, а по графе 11 строки 15-действительный расход воздуха:

100VВ 100VOВ 951,91 1,6 1523м3.

Процентуя объемы отдельных компонентов дымовых газов (графы 6…9) к их общему объему (графа 10), получают объемный состав дымовых газов (строка 16).

Если расчет ведут для газа, сжигаемого не в печи, а в топочном устройстве с последующим использованием дымовых газов в качестве теплоносителя в сушилке, то в этом случае расчет необходимо продолжить для определения влагосодержания продуктов горения dд и их энтальпии Iд. Для этого сначала подсчитывают массу отдельных составных частей продуктов горения (строка 17, табл. 5.1) перемножением значений строки 15 (граф 6…9) на значения плотностей отдельных газовых компонентов.

По справочным данным плотности газов (кг/м3) составляют:

где GH2O - масса водяных паров в дымовых газах, отнесенная к 1м3

топлива, в нашем случае равная 1,754кг/м3;

Энтальпию продуктов горения, отнесенную к 1кг сухих дымовых газов, определяют по формуле

LСД

В нашем случае VОВ = 15,2 м3/м3, тогда

I36400 15,2 1,3 10 1,7 10 1990 КДж/кг.

Д18,44

6.Пример расчета горения твердого топлива

Рассмотрим в качестве примера расчет горения Челябинского угля,

сжигаемого в выносной топке.

ЗАДАНО.

1.Состав угля по справочным данным на рабочую массу (%): CP-39,2; HP-2,8; NP=0,9; OP=10,3; SP=1,5;WP=17; АР=28,3.

2.влагосодержание воздуха, согласно климатологическим таблицам и I-d-диаграмме, d=10г на 1кг сухого воздуха.

3.Требуемая практическая температура горения tп=1050 С (1323 К). Определить количество, влагосодержание и энтальпию дымовых газов

и расход воздуха на горение топлива.

РЕШЕНИЕ. Порядок расчета и его результаты располагаем в виде табл. 6.1. Расчет ведем по стехеометрическим соотношениям химических уравнений реакций окисления горючих составных частей топлива (графа 2, строки 1…7). Во избежание большого количества дробных цифр расчет удобно вести на 100кг топлива. В этом случае количество отдельных составных частей топлива в 100кг будут численно равны процентным соотношениям его состава (графа 2, строки 1…7). Плотности продуктов горения являются справочными величинами. Числа графы 5 (строка 8)

суммируют с учетом минусового знака у кислорода топлива (строка 5, графа 5), так как кислород, содержащийся в составе топлива, участвует в окислении горючих частей последнего. Поэтому на величину кислорода, содержащегося в составе топлива, уменьшается количество кислорода, вовлекаемого из атмосферного воздуха в процесс горения. Азот и влага являются негорючими веществами. Поэтому они без изменения количества (влага в виде водяных паров) переходят в состав дымовых газов, что условно обозначено стрелками в графе 3 (строки 4 и 7). Отношение 77:23 в строке 9 соответсвует процентному содержанию азота и кислорода в атмосферном воздухе по массе. Множитель 0,001 в строке 10 соответствует переводу граммов в килограммы.

Итог, подсчитанный в строке 11, определяет количество продуктов горения (графы 18,19) и расход воздуха (графы 20, 21) при теоретическом количестве воздуха, без его избытка ( =1), когда весь кислород участвует в реакциях процесса горения. Практически для повышения степени химической полноты горения в процесс вводят некоторое избыточное количество воздуха, характеризуемое коэффициентом избытка воздуха . Его значения расчитывают из теплового баланса процесса горения 1кг топлива, имея ввиду необходимость достижения требуемой практической температуры горения топлива. Приводим уравнение теплового баланса процесса горения 1кг топлива:

где QРН -низшая теплота сгорания 1кг топлива (для челябинского угля по справочным данным QРН =14588 КДж/кг);

LОВ -теоретический расход воздуха на горние 1кг топлива [согласно рас-

чету (табл. 6.1, графа 20, строка 11), LОВ =518:100=5,2];

Св-теплоемкость воздуха по массе (по справочным данным

Св=1,005КДж/(кг С);

tв –температура воздуха ( С), при отсутствии его подогрева принимаем tв=10 С (при сжигании мазута воздух обязательно подогревают до 100…150 С, при сжигании топлива в печах также часто используют подогретый воздух из зоны остывания печей);

tт - температура топлива, С;

Ст –теплоемкость топлива по массе для твердого топлива; величина tтCт исчезающие мала в сравнении с предыдущими двумя слагаемыми, в связи с чем ею пренебрегаем (мазут подогревают до 80…100 С для обеспечения необходимой дисперсности капель);

LОД -теоретическое количество продуктов горения 1кг топлива. Со-

гласно расчету горения (табл. 6.1, графа 18, строка 11),

LОД =590,13:100=5,9 кг на 1кг топлива;

tк –калориметрическая температура горения, С. Ее определяют по формуле

К

где tп –требуемая практическая температура горения, назначаемая по условиям технологии. Для нашего расчета tп=1050 С;

к-калориметрический коэффициент процесса горения (коэффициент прямой отдачи). Для топочных устройств можно принимать

к=0,9. Тогда

tк 10500,9 1170 С;

Сд –теплоемкость продуктов горения по массе (дымовых газов). Она может быть подсчитана как средневзвешенная теплоемкость газовой смеси по известным формулам термодинамики.

Для проектных расчетов допустимо также пользоваться приближен-

ной формулой теплоемкости дымовых газов по массе [КДж/(кг С)]:

Принимая в нашем случае tк=tд=1170 С, получаем:

Сд=1,05+0,00006 1170=1,115КДж/(кг С).

Из уравнения (6.1) получаем:

5,9 1170 1,115 5,2 1,005 10

При этом избытке воздуха продолжаем расчет горения топлива (табл. 6.1, строки 12…15).

Если дымовые газы предназначены для использования в качестве теплоносителя в сушилке, то возникает необходимость дополнительно определить их влагосодержание dд и энтальпию Iд. Определяем влагосодержание дымовых газов:

Расчет горения челябинского

где GH2O -масса водяных паров в дымовых газах, отнесенная на 1кг топ-

лива; в нашем случае она равна 0,519кг;

LСД -масса сухих дымовых газов от сжигания 1кг топлива;

Энтальпию продуктов горения, отнесенную к 1кг сухих дымовых газов, определяют по формуле

Величиной tтСт для твердого топлива пренебрегаем. В нашем случае LОВ =9,86 кг/кг. Тогда

По значениям dд и Iд находят на I – d-диаграмме точку, соответствующую состоянию дымовых газов.

Правильность выполненного расчета горения топлива проверяют методом составления материального баланса этого процесса (табл.6.2).

Невязка баланса 1086,2 1086,0 100 0,02%. 1086

В инженерных расчетах допускается точность в пределах до 0,5%. Поскольку в нашем случае невязка баланса составляет 0,02<0,5%, то расчет считается выполненным правильно и пересчета не требует.

7.Пример расчета горения жидкого топлива

Рассмотрим в качестве примера расчет горения малосернистого мазута, сжигаемого в выносной топке.

ЗАДАНО.

1.Состав мазута по справочным данным на рабочую массу (%): CP- 85,3; HP-10,2; NP=0,3; OP=0,4; SP=0,5;WP=3; АР=0,3.

2.Влагосодержание воздуха, согласно климатологическим таблицам и I-d-диаграмме, d=10г на 1кг сухого воздуха.

3.Требуемая практическая температура горения tп=1050 С (1323 К). Определить количество, влагосодержание, энтальпию дымовых газов

и расход воздуха на горение топлива.

РЕШЕНИЕ. Порядок расчета и его результаты располагаем в виде табл. 7.1. расчет ведем по стехеометрическим соотношениям химических уравнений реакций окисления горючих составных частей топлива (графа 2, строки 1…7). Во избежание большого количества дробных цифр расчет удобно вести на 100кг топлива. В этом случае количество отдельных составных частей топлива в 100кг будут численно равны процентным соотношениям его состава (графа 2, строки 1…7). Плотности продуктов горения являются справочными величинами. Числа графы 5 (строка 8) суммируют с учетом минусового знака у кислорода топлива (строка 5, графа 5), так как кислород, содержащийся в составе топлива, участвует в окислении горючих частей последнего. Поэтому на величину кислорода, содержащегося в составе топлива, уменьшается количество кислорода, вовлекаемого из атмосферного воздуха в процесс горения. Азот и влага являются негорючими веществами. Поэтому они без изменения количества (влага в виде водяных паров) переходят в состав дымовых газов, что условно обозначено стрелками в графе 3 (строки 4 и 7). Отношение 77:23 в строке 9 соответствует процентному содержанию азота и кислорода в атмосферном воздухе по массе. Множитель 0,001 в строке 10 соответствует переводу граммов в килограммы.

Итог, подсчитанный в строке 11, определяет количество продуктов горения (графы 18,19) и расход воздуха (графы 20, 21) при теоретическом количестве воздуха, без его избытка ( =1), когда весь кислород участвует в реакциях процесса горения. Практически для повышения степени химической полноты горения в процесс вводят некоторое избыточное количество воздуха, характеризуемое коэффициентом избытка воздуха . Его значения рассчитывают из теплового баланса процесса горения 1кг топлива, имея ввиду необходимость достижения требуемой практической температуры горения топлива. Приводим уравнение теплового баланса процесса горения 1кг топлива:

где QРН -низшая теплота сгорания 1кг топлива (для мазута по спра-

вочным данным QРН =41450КДж/кг);