РАЗДЕЛ 2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ И РАСЧЕТОВ
СУДОВЫХ КОТЛОВ
Раздел включает восемь расчетных практических занятий. В них рассматривается методика выполнения наиболее часто встречающихся в ходе курсового и дипломного проектирования расчетов: материального и теплового балансов, лучистого и конвективного теплообмена, аэродинамического сопротивления газовоздушного тракта, прочности основных конструктивных элементов котлов.
Занятия должны выполнятся в той последовательности, в которой они представлены в настоящих указаниях. Они построены таким образом, что результаты, полученные в предыдущих занятиях являются исходными данными для последующих. Такая последовательность позволяет курсантам глубже понять взаимосвязь и взаимовлияние различных процессов, протекающих в котлах.
Расчетом называется документ, в котором производится определение (поверка) каких-либо параметров и величин. При выполнении практических занятий следует избегать формального выполнения расчетов. Необходимо помнить, что всякий расчет должен либо что-то подтверждать, либо что-то опровергать. Полученные результаты должны быть прокомментированы, а затем использованы в последующих расчетах. Таким способом можно установить логические связи между процессами, протекающими в котле.
Расчеты выполняются в соответствии с ГОСТ 2.106-68 «ЕСКД. Текстовые документы». Они должны содержать:
—задачу расчета с указанием того, что требуется определить;
—исходные данные;
—расчетную схему;
—условия расчета;
—собственно расчет;
—заключение (вывод).
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ 5
МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС ПРОЦЕССА СГОРАНИЯ. ОБЪЕМЫ ВОЗДУХА И ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ
Цель занятия: приобретение навыков расчетного определения составляющих материального баланса для процесса сгорания, протекающего в топке судового вспомогательного котла.
23
Задание. 1. Составить материальный баланс процесса сгорания 1 кг топлива, определить объем газообразных продуктов сгорания, найти теоретический и действительный объемы воздуха для горения.
2. Вычислить полный объем образовавшихся дымовых газов. Расчет оформить в виде табл. 5.1.
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Топливо нефтяного происхождения состоит из следующих химических элементов (содержание приведено в долях от единицы):
—углерод С — 0,84—0,87;
—водород Н — 0,10—0,13;
—горючая сера S — 0—0,04;
—кислород О — 0,003—0,005;
—азот N — 0,001—0,004.
Кроме них в топливе имеется влага W и зола А, которые не участвуют в горении и образуют так называемый балласт.
Химический состав топлива, поступающего в топку котла, характеризуется рабочей массой
Сp + Нp +Оp + Sp + Np + Аp + Wp = 1.
Кроме рабочей различают сухую и горючую массы. Сухая масса представляет собой обезвоженную рабочую
Сc + Hc + Оc + Sc + Nc + Аc = 1.
Горючая масса (без влаги и золы) равна
Сг + Нг + Ог + Sг + Nг = 1.
В сертификате топлива, составленном по данным лабораторного анализа, указывается состав горючей массы, содержание золы в сухой массе и значение влажности рабочей массы. Пересчет содержания компонентов с одной массы на другую производится при помощи коэффициента перевода k, равного 1 – Wр – Ар или 1 – Wр, например:
Ср = Сc(1 – Wр) = Сг(1 – Wр – Aр).
Важнейшей характеристикой топлива, используемой в тепловых рас-
четах, является его низшая рабочая теплота сгорания Qнр, кДж/кг, опре-
деляемая без учета тепла конденсации водяного пара, образующегося в процессе горения. Величину Qнр можно определить по формуле, предложенной Д. И. Менделеевым:
Qнр = 100[339Cр +1256Hр + 109Sр – 109Ор) – 25,14(9Hр+Wр)]. (5.1)
24
2.ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЪЕМОВ ВОЗДУХА
ИПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ
Считая сгорание полным, рассмотрим реакции окисления основных химических компонентов топлива:
12 |
32 |
44 |
32 |
32 |
64 |
4 |
32 |
36 |
C + O2 = CO2 |
S + O2 = SO2 |
2H2 + O2 = 2H2O |
||||||
1 кмоль |
1 кмоль |
1 кмоль |
1 кмоль |
2 кмоль 1 кмоль 2 кмоль |
||||
22,4м3 |
22,29м3 |
22,4м3 |
|
21,89м3 |
|
22,4м3 |
2 22,4м3 |
|
Как следует из них, для полного сгорания всего углерода, содержащегося в 1 кг топлива, потребуется (1/12)Ср кмоль или (22,4/12)Ср = 1,866Ср м3 кислорода и при этом образуется (22,29/12)Ср = 1,857Ср м3 углекислого газа СО2.
Аналогично, для полного сгорания всей серы в 1 кг топлива потребуется (22,4/32)Sр=0,7Sр м3 кислорода, при этом образуется объем сернистого газа SO2, равный (21,89/32) или 0,683Sр м3. Для полного сгорания всего водорода топлива нужно затратить (22,4/4)Нр = 5,6Нр м3 кислорода, при этом образуется 11,2Нр м3 водяного пара.
Таким образом, теоретически необходимый объем воздуха для полного сгорания 1 кг топлива с учетом того, что кислорода в атмосферном воздухе содержится 21 % по объему, а его плотность при нормальных условиях (НУ) ρо составляет 1,44 кг/м3, равен, м3/кг
Vо = (1/0,21)(1,866Cр + 0,7Sр + 5,61Hр − 0,694Oр). |
(5.2) |
Действительный объем воздуха, поступающий в топку, м3/кг:
Vо = αVо, |
(5.3) |
где α — коэффициент избытка воздуха, равный для вспомогательных котлов, работающих на номинальном режиме, 1,05—1,3.
Полный объем газообразных продуктов сгорания, покидающих котел, м3/кг:
Vпс = VN2 + VH2O + VR2O + VO2, |
(5.4) |
где VN2 — объем азота; VH2O — объем водяного пара; VR2O — объем трехатомных газов; VO2 — объем двухатомных газов.
Рассмотрим метод определения составляющих уравнения (5.4). Объем азота VN2, м3/кг, складывается из поступающего с воздухом,
в котором его по объему содержится 79 %, и азота топлива. Суммарный объем азота равен:
VN2 = 0,79αVо + 0,8Nр; |
(5.5) |
Объем кислорода VO2, м3/кг, неиспользованного на окисление при горении с α > 1, составляет:
25
VO2 = 0,21(α − 1)Vо; |
(5.6) |
Объем трехатомных газов VRO2, м3/кг, в соответствии с уравнениями окисления компонентов топлива определится как:
VRO2 = 1,857Кр, |
(5.7) |
где Кр = Ср + 0,386SP — приведенный углерод топлива.
Объем водяного пара VH2O, м3/кг, складывается из пара, внесенного с топливом, влажным воздухом и поданного через форсунку.
Объем водяного пара, внесенный с топливом:
Vт = (9Hр + Wр)/0,804,
объем пара, поступающего с влажным воздухом:
V = 0,001 1,293Vod/0,804,
где 1,293 — плотность воздуха при нормальных условиях (НУ), кг/м3; d — влагосодержание воздуха, 8—10 г/кг; 0,804 — плотность водяного пара при НУ, кг/м3.
Объем влаги, вносимой с распыливающим паром:
Vф = Gф/0,804,
где Gр — расход пара на распыливание топлива, кг/кг.
С учетом рассмотренного, полный объем водяного пара в продуктах сгорания 1 кг топлива, м3/кг:
VH2O = (9Нр+Wр)/0,804 + (0,00161αVоd +1,244Gр). |
(5.8) |
Действительный объем влажного воздуха, м3/кг, поступающего в топку котла, для обеспечения полного сгорания топлива, равен:
Vвл = αVо(1 + 0,00161d). |
(5.9) |
3. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОСТАВЛЯЮЩИХ МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА
Расчет составляющих материального баланса процесса сгорания выполняют в форме табл. 5.1. Его ведут с точностью до третьей значащей цифры. Подстановка в расчетные выражения числовых значений обязательна. Выполнение расчетов можно производить при помощи компьютера. Для этого предназначен пакет KOT-PRA, разработанный автором. В процессе выполнения расчета необходимо исследовать, как влияет изменение одного из параметров (коэффициента избытка воздуха α, зольности рабочей массы Ар или ее влажности Wр) на составляющие материального баланса.
26
Перед выполнением расчета необходимо составить схему с указанием материальных потоков сред, входящих и выходящих из топочной камеры
(рис. 5.1).
Рис. 5.1. К составлению материального баланса
Как следует из рис. 5.1, на любом установившемся режиме горения масса вносимых в топку сред равна массе образовавшихся продуктов сгорания. Уравнение материального баланса в данном случае имеет вид
1,293Vвл + 1 − Ар + Gp = ρ гоVпс, |
(5.10) |
где ρ го — плотность продуктов сгорания при НУ, кг/м3.
Исходные данные для расчета составляющих материального баланса приведены в табл. 5.2. Их выбор производится по номерам вариантов. Последний соответствует порядковому номеру курсанта в списке учебной группы.
Давление газов в топке Рт принимается равным 0,101—0,103 МПа.
|
|
|
|
Таблица 5.1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Параметр, |
Размер- |
Формула, |
|
Рез. |
|
обозначение |
ность |
расчет |
|
|
Коэффициент пересчета k |
— |
k = 1 – Aр – Wр |
|
|
|
Содержание элементов в ра- |
|
|
|
|
|
бочей массе топлива: |
|
Сгk |
|
|
|
• |
углерод Ср |
— |
|
|
|
• |
водород Hр |
— |
Hгk |
|
|
• |
сера Sр |
— |
Sгk |
|
|
• |
кислород Oр |
— |
Oгk |
|
|
• |
азот Nр |
— |
Nгk |
|
|
Приведенный углерод Кр |
— |
Ср + 0,368Sр |
|
|
|
Низшая рабочая теплота |
кДж/кг |
Формула (5.1) |
|
|
|
сгорания топлива Qнр |
м3/кг |
Формула (5.2) |
|
|
|
Теоретически необходимый |
|
|
|||
объем сухого воздуха Vo |
м3/кг |
Формула (5.9) |
|
|
|
Действительный объем |
|
|
|||
влажного воздуха Vвл |
|
|
|
|
|
|
|
27 |
|
|
|
Продолжение табл. 5.1
Параметр, |
Размер- |
|
|
|
|
Формула, |
Рез. |
||
обозначение |
ность |
|
|
|
|
|
Расчет |
|
|
Объем трехатомных газов |
м3/кг |
|
|
|
Формула (5.7) |
|
|||
VRO2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Объем свободного кисло- |
м3/кг |
|
|
|
Формула (5.6) |
|
|||
рода VО2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Объем азота VN2 |
|
м3/кг |
|
|
|
Формула (5.5) |
|
||
Объем водяного пара VH2O |
м3/кг |
|
|
|
Формула (5.8) |
|
|||
Объем сухих газов Vсг |
м3/кг |
|
|
VRO2 + VO2 + VN2 |
|
||||
Полный объем продуктов |
м3/кг |
|
|
|
Формула (5.4) |
|
|||
сгорания Vпс |
|
|
|
|
|
|
|
VRO2/Vпс |
|
Объемная доля |
трехатом- |
— |
|
|
|
|
|
|
|
ных газов rRO2 |
|
|
|
|
|
|
|
VH2O/Vпс |
|
Объемная доля |
водяного |
— |
|
|
|
|
|
|
|
пара rH2O |
|
|
|
|
|
|
rRO2 + rH2O |
|
|
Суммарная объемная доля |
— |
|
|
|
|
|
|||
газов и пара rп |
|
|
|
|
|
|
|
Pт rRO2 |
|
Парциальное |
давление |
МПа |
|
|
|
|
|
|
|
трехатомных газов РRO2 |
|
|
|
|
|
|
Рт rH2O |
|
|
Парциальное |
давление |
МПа |
|
|
|
|
|
|
|
водяного пара PH2O |
|
|
|
|
|
РRO2 + PН2O |
|
||
Суммарное давление Рп |
МПа |
|
|
|
|
|
|||
Плотность дымовых газов |
кг/м3 |
(1 |
− |
A |
р |
+ |
α |
|
|
|
|
|
|
|
Vо[1,293 + 0,001293d]+ |
||||
при НУ ρ г° |
|
|
|
|
|
|
|
+ Gр)/Vпс |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
Отчет должен содержать:
—цель занятия, задание, исходные данные для расчета;
—схему материального баланса с нанесенными на нее найденными величинами составляющих, расчет в виде табл. 5.1;
—выводы о результатах влияния одного из параметров (Ар, Wр,α) на величину объемов газообразных продуктов сгорания.
5. ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ
28
Исходные данные для расчетов приведены в табл. 5.2. Вариант соответствует номеру курсанта в списке учебной группы.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.Назовите химические элементы, входящие в состав топлива. Какие из них взаимодействуют с кислородом, выделяя при этом тепло?
2.Укажите, как влияют на объем двух- и трехатомных газов величины коэффициента избытка воздуха и химический состав топлива?
3.Охарактеризуйте понятие «Низшая рабочая теплота сгорания топлива». Поясните, от каких факторов зависит ее величина.
4.Почему объем продуктов сгорания, покидающих котел, больше объема поступающего в топку воздуха?
5.Объясните, какие факторы способствуют росту содержания в топливе воды
имеханических примесей?
6.Назовите основные источники водяного пара в продуктах сгорания.
7.Как зависит экономичность котла от величины коэффициента избытка воздуха? Чем можно объяснить эту зависимость?
8.Как ведут управление качеством процесса сгорания по внешним признакам
ипоказаниям контрольно-измерительных приборов? Укажите признаки нормального сгорания.
9.Поясните понятия «полное» и «неполное» сгорание топлива.
10.Охарактеризуйте основные нарушения нормального режима горения топливовоздушной смеси. Какими причинами вызваны эти нарушения?
29
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 5.2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вари- |
|
|
|
Состав топлива |
|
|
α |
d, |
Gp, |
||
ант |
Сг |
Нг |
Ог |
|
Nг |
Sг |
Wр |
Aр |
|
г/кг |
кг/кг |
1 |
0,853 |
0,124 |
0,002 |
|
0,001 |
0,020 |
0,01- |
0,001 |
1,10 |
10 |
0,03 |
2 |
0,865 |
0,122 |
0,003 |
|
0,002 |
0,008 |
0,015 |
0,002 |
1,15 |
8 |
0,02 |
3 |
0,879 |
0,109 |
0,004 |
|
0,003 |
0,005 |
0,010 |
0,0015 |
1,20 |
9 |
0,03 |
4 |
0,865 |
0,108 |
0,005 |
|
0,002 |
0,020 |
0,020 |
0,0013 |
1,05 |
10 |
0 |
5 |
0,851 |
0,107 |
0,004 |
|
0,003 |
0,015 |
0,0015 |
0,0015 |
1,10 |
12 |
0,01 |
6 |
0,865 |
0,126 |
0,003 |
|
0,002 |
0,004 |
0,010 |
0,0005 |
1,10 |
8 |
0 |
7 |
0,863 |
0,133 |
0,001 |
|
0 |
0,003 |
0 |
0,0001 |
1,25 |
10 |
0 |
8 |
0,870 |
0,124 |
0,003 |
|
0,002 |
0,001 |
0,005 |
0,0009 |
1,15 |
11 |
0,04 |
9 |
0,860 |
0,120 |
0,004 |
|
0,002 |
0,014 |
0,005 |
0,0012 |
1,20 |
9 |
0,02 |
10 |
0,870 |
0,110 |
0,005 |
|
0,005 |
0,010 |
0 |
0,005 |
1,13 |
8 |
0,02 |
11 |
0,865 |
0,126 |
0,003 |
|
0,001 |
0,005 |
0,005 |
0,007 |
1,07 |
10 |
0 |
12 |
0,860 |
0,110 |
0,005 |
|
0,003 |
0,022 |
0,003 |
0,003 |
1,30 |
12 |
0,04 |
13 |
0,865 |
0,115 |
0,003 |
|
0,002 |
0,015 |
0 |
0,001 |
1,05 |
11 |
0 |
14 |
0,860 |
0,115 |
0,005 |
|
0,003 |
0,017 |
0,005 |
0,0008 |
1,20 |
9 |
0 |
15 |
0,855 |
0,105 |
0,004 |
|
0,004 |
0,032 |
0,008 |
0,002 |
1,15 |
10 |
0,02 |
16 |
0,853 |
0,123 |
0,003 |
|
0,001 |
0,001 |
0,020 |
0,010 |
1,13 |
12 |
0 |
17 |
0,865 |
0,122 |
0,003 |
|
0,002 |
0,008 |
0,010 |
0,0015 |
1,30 |
9 |
0,02 |
18 |
0,877 |
0,111 |
0,004 |
|
0,003 |
0,005 |
0,010 |
0,0015 |
1,22 |
9 |
0 |
19 |
0,836 |
0,111 |
0,005 |
|
0,002 |
0,020 |
0,020 |
0,0013 |
1,05 |
11 |
0,03 |
20 |
0,850 |
0,108 |
0,004 |
|
0,003 |
0,035 |
0,015 |
0,0018 |
1,15 |
12 |
0,03 |
21 |
0,865 |
0,126 |
0,003 |
|
0,002 |
0,004 |
0,012 |
0,0015 |
1,13 |
8 |
0 |
22 |
0,861 |
0,135 |
0,001 |
|
0 |
0,003 |
0 |
0 |
1,05 |
10 |
0,01 |
23 |
0,866 |
0,124 |
0,004 |
|
0,002 |
0,004 |
0,005 |
0,0007 |
1,12 |
9 |
0 |
30
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Продолжение табл. 5.2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вари- |
|
|
|
Состав топлива |
|
|
α |
d, |
Gp, |
||
ант |
Сг |
Нг |
Ог |
|
Nг |
Sг |
Wр |
Aр |
|
г/кг |
кг/кг |
24 |
0,860 |
0,120 |
0,004 |
|
0,001 |
0,015 |
0,007 |
0,0012 |
1,20 |
9 |
0 |
25 |
0,870 |
0,110 |
0,005 |
|
0,005 |
0,010 |
0 |
0,005 |
1,13 |
10 |
0,04 |
26 |
0,870 |
0,124 |
0,003 |
|
0,001 |
0,002 |
0,005 |
0,009 |
1,05 |
10 |
0 |
27 |
0,860 |
0,110 |
0,005 |
|
0,003 |
0,022 |
0,004 |
0,0035 |
1,22 |
12 |
0,03 |
28 |
0,865 |
0,115 |
0,003 |
|
0,015 |
0,002 |
0 |
0,001 |
1,05 |
11 |
0,03 |
29 |
0,862 |
0,130 |
0,005 |
|
0,003 |
0,017 |
0,006 |
0,0009 |
1,20 |
9 |
0,02 |
30 |
0,855 |
0,105 |
0,004 |
|
0,003 |
0,033 |
0,009 |
0,0028 |
1,14 |
8 |
0 |
31 |
0,850 |
0,110 |
0,004 |
|
0,004 |
0,032 |
0,008 |
0,002 |
1,18 |
10 |
0,025 |
32 |
0,853 |
0,123 |
0,003 |
|
0,001 |
0,001 |
0,022 |
0,015 |
1,15 |
11 |
0,01 |
33 |
0,865 |
0,122 |
0,004 |
|
0,001 |
0,008 |
0,010 |
0,0015 |
1,30 |
9 |
0,02 |
34 |
0,877 |
0,111 |
0,003 |
|
0,004 |
0,005 |
0,015 |
0,002 |
1,28 |
10 |
0,025 |
35 |
0,837 |
0,110 |
0,005 |
|
0,002 |
0,020 |
0,010 |
0,0013 |
1,05 |
11 |
0,03 |
36 |
0,860 |
0,110 |
0,004 |
|
0,004 |
0,022 |
0,008 |
0,002 |
1,28 |
12 |
0,025 |
37 |
0,850 |
0,126 |
0,003 |
|
0,001 |
0,001 |
0,022 |
0,015 |
1,15 |
10 |
0,01 |
38 |
0,865 |
0,122 |
0,004 |
|
0,001 |
0,008 |
0,010 |
0,002 |
1,35 |
9 |
0 |
39 |
0,875 |
0,113 |
0,003 |
|
0,004 |
0,005 |
0,015 |
0,002 |
1,28 |
8 |
0,025 |
40 |
0,836 |
0,111 |
0,005 |
|
0,002 |
0,020 |
0,010 |
0,0013 |
1,05 |
10 |
0,03 |
41 |
0,860 |
0,110 |
0,004 |
|
0,004 |
0,022 |
0,008 |
0,002 |
1,28 |
12 |
0,025 |
42 |
0,850 |
0,126 |
0,003 |
|
0,001 |
0,001 |
0,022 |
0,015 |
1,15 |
10 |
0,01 |
43 |
0,860 |
0,122 |
0,009 |
|
0,001 |
0,008 |
0,010 |
0,002 |
1,30 |
9 |
0 |
44 |
0,875 |
0,113 |
0,004 |
|
0,003 |
0,005 |
0,015 |
0,002 |
1,28 |
8 |
0,015 |
45 |
0,837 |
0,110 |
0,005 |
|
0,002 |
0,020 |
0,010 |
0,0013 |
1,05 |
12 |
0,03 |
31
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ 6
ПОСТРОЕНИЕ ДИАГРАММЫ «ЭНТАЛЬПИЯ — ТЕМПЕРАТУРА» ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ
Цель занятия: изучить методику построения диаграммы «энтальпия — температура (I—t)» продуктов сгорания 1 кг топлива и ее использования в процессе выполнения теплового расчета котла.
Задание. 1. Используя данные, полученные в практическом занятии 5, построить диаграмму I—t продуктов сгорания 1 кг топлива в интервале температур 0—2 200 °С.
2. Найти массу продуктов сгорания, образовавшихся в результате сгорания 1 кг топлива.
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
После определения объема продуктов сгорания приступают к построению диаграммы I—t, основы для теплового расчета котла.
Энтальпия — количество теплоты, затраченное на нагревание объема газов от 0 до t оС. Величину энтальпии относят к объему газов, полученных в результате полного сгорания 1 кг топлива. Ее выражают в размерности [кДж/кг].
Энтальпия продуктов сгорания, представляющих собой смесь различных газов, определяется как сумма произведений теплоемкостей отдельных составляющих на их объемы и температуру смеси. Таким образом, энтальпия действительного объема продуктов сгорания одного килограмма топлива, сгорающего с коэффициентом избытка воздуха α > 1, равна, кДж/кг
I = (VRO2CRO2 + VN2CN2 + VH2OCH2O + VO2CO2)t, |
(6.1) |
где C RO2, CN2, CH2O,CO2 — средние объемные изобарные теплоемкости соответствующих газов, кДж/(м3°С).
Энтальпия продуктов сгорания топлива одного и того же состава зависит от значения коэффициента избытка воздуха α. С его ростом увеличивается объем газов, покидающих котел. Поэтому для топлива одного и того же состава можно построить семейство кривых I = f(t), каждая из которых будет соответствовать различным значениям α.
Как видно из рис. 6.1, с ростом величины α при одной и той же температуре t энтальпия газа возрастает. Это объясняется тем, что для нагревания до той же температуры возросшего объема газов требуется большее количество тепла, а значит, — при этом продукты сгорания обладают более высокой внутренней энергией, то есть энтальпией.
36
Рис. 6.1. Влияние коэффициента избытка воздуха на форму кривой I—t
2. МЕТОДИКА ПОСТРОЕНИЯ ДИАГРАММЫ I—t
Энтальпия продуктов сгорания рассчитывается по выражению (5.1) в интервале температур 0—2 200 оС с шагом t, равным 100—200 оС. Величины средних объемных изобарных теплоемкостей газов, составляющих продукты сгорания, кДж/(м3°С), для различных температур указаны в табл. 6.1.
Исходные данные:
—объем трехатомных газов VRO2, м3/кг;
—объем азота VN2, м3/кг;
—объем свободного кислорода VO2, м3/кг ;
—объем водяного пара VH2O, м3/кг.
Расчет энтальпии газов и построение диаграммы удобно производить в форме табл. 6.2. Здесь показан один из примеров ее заполнения. В первой колонке табл. 6.2 указано текущее значение температуры продуктов сгорания, в последующих — величины произведений объемов газов, составляющих продукты сгорания, на их теплоемкости и текущую температуру. В шестой колонке приведена их сумма, представляющая собой искомую энтальпию. Седьмая колонка таблицы содержит значение энтальпии в масштабе и введена с целью упрощения построения диаграммы. Масштаб диаграммы m принимается равным 250 кДж/(кг мм).
37
|
|
|
|
Таблица 6.1 |
|
|
|
|
|
t, °C |
CRO2 |
CN2 |
CO2 |
CH2O |
0 |
1,600 |
1,294 |
1,306 |
1,494 |
100 |
1,700 |
1,295 |
1,318 |
1,505 |
200 |
1,787 |
1,299 |
1,335 |
1,522 |
300 |
1,862 |
1,306 |
1,356 |
1,542 |
400 |
1,930 |
1,316 |
1,378 |
1,566 |
500 |
1,988 |
1,327 |
1,398 |
1,589 |
600 |
2,040 |
1,340 |
1,417 |
1,614 |
800 |
2,131 |
1,367 |
1,450 |
1,668 |
1 000 |
2,203 |
1,391 |
1,478 |
1,722 |
1 200 |
2,263 |
1,414 |
1,500 |
1,766 |
1 400 |
2,313 |
1,434 |
1,520 |
1,828 |
1 600 |
2,355 |
1,452 |
1,540 |
1,876 |
1 800 |
2,391 |
1,468 |
1,554 |
1,921 |
2 000 |
2,422 |
1,482 |
1,569 |
1,962 |
2 200 |
2,448 |
1,495 |
1,583 |
2,000 |
|
|
|
|
|
Диаграмма строится на миллиметровой бумаге.
|
|
|
|
|
|
Таблица 6.2 |
|
|
|
|
|
|
|
t, |
VRO2СRO2t, |
VN2CN2t, |
VO2CO2t, |
VH2OCH2Ot, |
I, |
мм |
°C |
кДж/кг |
кДж/кг |
кДж/кг |
кДж/кг |
кДж/кг |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
100 |
255,34 |
1257,3 |
44,62 |
243,4 |
1798 |
7,2 |
200 |
538,35 |
2552,5 |
90,07 |
490,4 |
3671 |
14,7 |
300 |
848,86 |
3840,6 |
136,87 |
739,9 |
5570 |
22,3 |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
2 200 |
8527,59 |
32414,1 |
1190,00 |
7168,9 |
49300 |
197,0 |
3.ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДИАГРАММЫ I—t
ВТЕПЛОВЫХ РАСЧЕТАХ
Методику использования построенной диаграммы I—t рассмотрим на примере определения тепловой мощности утилизационного котла. По известной температуре газа перед котлом tг при помощи диаграммы (рис. 6.2) найдем значение энтальпии газа на входе в котел Iг. Аналогично по tух определим величину энтальпии уходящих из котла газов Iух.
Тепловая мощность утилизационного котла (количество тепла, переданное через поверхность нагрева) Q1, кВт:
Q1 = Вϕ(Iг – Iух), |
(6.2) |
где ϕ — коэффициент сохранения тепла, учитывающий тепловые потери через обшивку котла в окружающую среду, 0,95—0,98; B — расход топлива через двигатель, кг/с.
38