4. Для заданного вида газообразного топлива (прил. 4) определить состав низшую рабочую теплоту сгорания, если его влагосодержание равно 0; 10; 20; 30; 40; 50; 60 г/м3. Результаты вычислений занести в табл. 1.5. Построить гра-
фик зависимости Qнр = f2 (dг ).
Таблица 1.5
Теплота сгорания газообразного топлива
dг , г/м3 |
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
Qр , кДж/м3 |
|
|
|
|
|
|
|
н |
|
|
|
|
|
|
|
2. МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС ПРОЦЕССА ГОРЕНИЯ
2.1. Краткие теоретические сведения
Целью составления материального баланса процесса горения является определение количества окислителя, необходимого для полного сгорания единицы количества топлива (1 кг или 1 м3), и количества образующихся при этом продуктов сгорания.
Теоретический расход воздуха для полного сгорания 1 кг твёрдого (жидкого) топлива определяется по формуле
Vвo = 0,0889 (Cp +0,375 So+p к ) 0,265 +Hp 0,0333 Op , м3/кг.
Аналогично для газообразного топлива:
Vво = 0,0476 [0,5 СО +0,5 Н2 +1,5 Н2S +
n |
|
n |
|
3 |
3 |
. |
|
+∑ m + |
4 |
|
CmHn −O2 |
, м |
/м |
||
i=1 |
|
|
|
|
|
|
|
(2.1)
(2.2)
При подаче в зону горения окислителя в теоретическом количестве процесс горения будет не полным. Это приведёт к потерям теплоты вследствие химического недожога. Для снижения величины химического недожога в зону горения необходимо подавать действительное количество воздуха, определяемое по формуле
V |
=α V о , м3/м3 |
(м3/кг), |
(2.3) |
в |
в |
|
|
где α – коэффициент избытка воздуха.
12
Оптимальные значения коэффициент избытка воздуха следующие: для твёрдого топлива αопт = 1,25-1,7; для мазута αопт = 1,25; для газообразного то-
плива αопт = 1,05-1,15;
В состав продуктов сгорания топлива входят следующие газы: углекислый газ CO2 , оксид серы SO2 , водяной пар H2O , азот N2 , а также избыточный
воздух.
Теоретический объём продуктов сгорания для любого топлива будет равен сумме трёхатомных газов и теоретического объёма азота и водяного пара:
V o =V |
+V o |
+V o |
, м3/кг (м3/м3). |
(2.4) |
г RO2 |
N2 |
H2O |
|
|
При сжигании твёрдого (кроме сланцев) и жидкого топлива теоретический объём каждого компонента в (2.4) будет равен:
VRO2 |
=VCO2 |
+VSO2 |
= 0,01866 (Cp +0,375 Sор+к ), м3/кг; |
(2.5) |
|||||
|
|
V о = 0,79 V о |
+0,008 Nр , м3/кг; |
(2.6) |
|||||
|
|
|
N2 |
|
в |
|
|
|
|
V о |
|
= 0,111 Hр +0,0124 Wp +0,0161 V о , м3/кг. |
(2.7) |
||||||
H2O |
|
|
|
|
|
|
в |
|
|
Для сланцев объём трёхатомных газов определяется по формуле |
|
||||||||
|
|
V |
=V |
+ |
0,509 (CO2 )кр |
K , |
(2.8) |
||
|
|
RO2к |
RO2 |
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где K – коэффициент |
разложения карбонатов. |
При слоевом |
сжигании |
||||||
K = 0,7, при камерном K = 1,0.
Аналогичные (2.5) - (2.7) соотношения для газообразного топлива имеют следующий вид:
VRO2 = 0,1 (CO2 +CO + H2S + ∑m CmHn ), м3/м3; |
(2.9) |
|||||||||
|
|
V о = 0,79 V о +0,01 N |
2 |
, м3/м3; |
|
|
(2.10) |
|||
|
|
N2 |
|
в |
|
|
|
|
|
|
о |
|
+ H2S + ∑ |
n |
CmHn +0,124 dг |
|
0,0161 |
о |
3 3 |
||
VH2O = 0,01 |
H2 |
2 |
+ |
Vв |
, м /м . (2.11) |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Действительный общий объём продуктов сгорания для топлива определяется по формуле
V |
=V о +1,0161 |
(α −1) V о , м3/кг (м3/м3). |
(2.12) |
г |
г |
в |
|
13
Общий объём продуктов сгорания Vг разделяют на объём сухих газов Vсг ,
который включает объём трёхатомных газов, азота и объём избыточного воздуха, подаваемого в топку, и общий объём водяных паров
V |
=V |
+V o |
+(α −1) V о , м3/кг (м3/м3); |
(2.13) |
|
сг |
RO2 |
N2 |
|
в |
|
V |
=V о |
+0,0161 |
(α −1) V о , м3/кг (м3/м3). |
(2.14) |
|
H2O |
H2O |
|
|
в |
|
При сжигании смеси двух однородных топлив теоретический расход воздуха вычисляется по общей формуле
V о |
= x V о |
+(1 |
− x) V о |
, м3/кг (м3/м3), |
(2.15) |
в см |
в1 |
|
в2 |
|
|
где x – доля первого топлива в смеси.
Если сжигается смесь разнородных топлив, т.е. смесь твёрдого (жидкого) и газообразного топлива, то теоретический расход воздуха вычисляется по
формуле |
|
|
|
|
V о |
=V о |
+ n V о |
, м3/кг (м3/м3), |
(2.16) |
в см |
в1 |
в2 |
|
|
где n – количество газообразного топлива, приходящееся на 1 кг твёрдого или жидкого топлива, м3/кг.
Аналогично рассчитывается объём трёхатомных газов (VROо 2 см ), азота
(VNо2 см ) и водяных паров (VHо2O см ).
Если сжигание твёрдого (жидкого) топлива производится с недостаточным количеством окислителя (α <1), то расчётные формулы для составления материального баланса имеют следующий вид:
– расход воздуха
|
|
|
р |
|
|
р |
0,0445 ун С |
р |
+ |
|
|
Vв = 0,0889 (1− ун ) С |
|
+0,375 Sо+к + |
|
(2.17) |
|||||||
+0,265 Нр −0,0333 Ор , м3 |
кг; |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
||||||||
– объём трёхатомных газов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
VRO2 = 0,0187 |
|
− yн ) C |
p |
|
р |
3 |
|
|
(2.18) |
||
(1 |
|
+0,375 Sо+к |
, м /кг; |
|
|
||||||
– объём окиси углерода |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V |
= 0,0187 у |
н |
Ср , м3/кг. |
|
|
|
(2.19) |
||||
CO |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
14
В формулах (2.17) - (2.19) ун – доля углерода, входящего в состав топли-
ва, которая в процессе горения окисляется до окиси углерода CO .
Объём азота при неполном сжигании определяется по формуле (2.6), а водяного пара – по формуле (2.7).
Коэффициент избытка воздуха по данным газового анализа продуктов
сгорания определяется по формуле |
|
|
|
|
α = |
21 |
, |
(2.20) |
|
21−O2изб |
||||
|
|
|
где O2изб – избыточное содержание кислорода, %. Содержание кислорода вычисляется по формуле
O2изб = О2 −0,5 СО −0,5 Н2 −2 СН4 , %. |
(2.21) |
где О2 , СО , Н2 , СН4 – содержание соответствующих компонентов в про-
дуктах сгорания, %.
Максимальное содержание трёхатомных газов в сухих газах при полном сгорании топлива вычисляется по формуле
|
RO2max = |
21 |
|
, %, |
|
(2.22) |
||
|
1+ β |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|||
где β – топливный коэффициент Бунте. |
|
|
|
|
|
|||
Топливный коэффициент вычисляется по следующим формулам: |
|
|||||||
– для твёрдого и жидкого топлива |
|
|
|
|
|
|
||
β = 2,35 |
Hр |
−0,126 Oр +0,04 |
Nр |
(2.23) |
||||
|
Cр +0,375 Sр |
; |
||||||
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
о+к |
|
|
– для газообразного топлива |
|
|
|
|
|
|
|
|
β = 0,21 |
0,01 N |
|
+0,79 V о |
(2.24) |
||||
|
|
2 |
|
в |
. |
|||
|
|
|
VRO2 |
|
|
|||
Содержание азота N2 и кислорода О2 в сухих газах при полном сгорании топлива вычисляется по формулам
N2 =100 −RO2 −O2 , %; |
(2.25) |
O2 = 21− β RO2 −RO2 , %. |
(2.26) |
15
Масса продуктов сгорания, выделившихся при сгорании твёрдого и жидкого топлива, складывается из обеззоленной массы топлива и воздуха, подаваемого для горения, т.е.
G |
=1−0,01 Aр +1,306 α V о , кг/кг. |
(2.27) |
|||
г |
|
|
в |
|
|
Концентрация золы в продуктах сгорания вычисляется по формуле |
|
||||
|
|
10 Aр |
aун |
3 |
|
|
µ = |
|
|
, г/м . |
(2.28) |
|
Vг |
|
|||
|
|
|
|
|
|
где aун – коэффициент уноса золы (доля золы топлива, уносимой продуктами его сгорания). Для пылеугольных топок aун = 0,95, для слоевых топок
aун = 0,25.
Масса продуктов сгорания, выделившихся при сгорании сланцев вычисляется по формуле
G =1−0,01 Aр +1,306 α V о +0,01 (CO |
)р K , кг/кг. |
(2.29) |
|||
г |
к |
в |
2 |
к |
|
где Aкр – расчётное содержание золы в топливе с учётом неразложившихся карбонатов, %. Данный параметр вычисляется по формуле:
Aр = Ap +(1− K ) (CO |
)р . |
(2.30) |
|
к |
2 |
к |
|
Масса продуктов сгорания, выделившихся при сгорании газообразного топлива вычисляется по формуле
G = ρс + |
|
dг |
+1,306 |
α V о , кг/м3, |
(2.31) |
|
|
||||
г г |
1000 |
|
в |
|
|
|
|
|
|
||
где ρгс – плотность сухого газообразного топлива, кг/м3.
Плотность сухого газа приведена в [4]. Также её можно вычислить по формуле
ρс = 0,01 1,96 CO |
2 |
+1,52 H S +1,25 N |
2 |
+1,43 O |
2 |
+ |
|
г |
[ |
2 |
|
(2.32) |
|||
+1,25 CO +0,0899 H2 + ∑(0,536 m +0,045 n) CmHn .
16