Предисловие

Настоящее пособие предназначено для студентов технических специальностей, изучающих тепло- и массообмен и металлургическую теплотехнику.

Авторы, опираясь на свой опыт преподавания, при написании ставили задачу создания пособия небольшого объема, удовлетворяющего требованиям подготовки инженеров, изучающих теплотехнические дисциплины, особенно при подготовке лабораторного практикума, расчетно-графических работ и выполнения курсовых заданий. Именно этим определен порядок изложения материала, который начинается с расчета горения топлива, позволяющего получить исходные данные для всех последующих расчетов. В пособии приведены справочные данные, объем которых вполне достаточен для проведения теплотехнических расчетов.

1. Расчет горения топлива

Топливом, по определению Д.И. Менделеева, называются в технике вещества, используемые для получения тепловой энергии в промышленном масштабе. Превращение химической энергии топлива в тепловую происходит в процессе окисления горючих составляющих топлива кислородом воздуха. Высокотемпературное окисление горючих веществ, сопровождающееся значительным выделением тепловой энергии, называется горением.

В настоящее время для отопления промышленных печей и тепловых устройств наибольшее распространение получили газовые (природный, доменный, коксовый газы) и жидкие (мазут) топлива. Нередко топливо используются не в чистом виде, а в смеси двух и более газов. В некоторых случаях смесь состоит из трех компонентов (например, коксодоменная смесь с добавкой мазута).

В связи с тем, что металлургические процессы требуют теплоту высокотемпературного потенциала, применяемые топлива в этом случае должны при горении развивать высокую температуру, следовательно, иметь высокую температуру горения. При сжигании топлива в промышленных печах в качестве окислителя используют кислород, содержащийся в воздухе. При необходимости воздух может обогащаться кислородом, вырабатываемым в кислородных установках.

1.1. Расчет рабочей массы топлива

Точный расчет процесса горения топлива на основе физико-химических закономерностей возможен только для случая полного горения при стехиометрических соотношениях топлива и окислителя. На практике же горение топлива происходит с коэффициентом расхода воздуха n, отличным от 1, и существенно зависит от качества перемешивания компонентов горения - топлива и воздуха.

Целью расчета горения топлива является определение теплоты его сгорания, необходимого количества воздуха для полного горения, количества, состава и плотности продуктов горения, теоретической и действительной температуры горения.

Твердые и жидкие топлива состоят из углеводородов сложного состава и балласта (золы и влаги). Химический состав их обычно представляют поэлементно: C- углерод,H- водород,O- кислород,N- азот и горючая сера –S = S_ОР + S_К, состоящая из органической и колчеданной серы.

В топливе различают органическую, горючую, сухую и рабочую массы.

Газовое топливо состоит из горючей массы - газов CO,H₂,H₂S, углеводородовCH₄, C₂H₄, C₂H₆, C₃H₈и т.д. и балластаCO₂, N₂, SO₂, H₂О.

Расчет горения жидкого и твердого топлива проводится по рабочей массе. Для пересчета составов из одной массы в другую пользуются коэффициентами-множителями (табл. 1), на которые необходимо умножить содержание того или иного компонента топлива в одной массе для того, чтобы получить содержание этого же компонента в другой.

(1)

где M_рас- рассчитываемая масса компонента топлива;

M_зад- заданная масса компонента топлива;

К_m- коэффициент-множитель пересчета одного вида массы

топлива в другой.

Таблица 1

Коэффициенты-множители К_mдля пересчета состава

твердого и жидкого топлива на различные массы

Заданная масса топлива	Масса топлива, на которую ведется пересчет
	Рабочая	Сухая	Горючая	Органическая
Рабочая	1	__100__ 100–WР	___100__ 100–AР–WР	_____100____ 100–SР–AР–WР
Сухая	100–WP 100	1	__100__ 100–AС	_____100____ 100–SС–AС
Горючая	100–AР–WР 100	100–AС 100	1	_100_ 100–SГ
Органическая	100–SР–AР–WР 100	100–SC–AС 100	100–SГ 100	1

Газообразные топлива рассчитываются с учетом содержания в них водяных паров, определяемых по влагосодержанию газа d_Г, г/м³.

Для коксового и доменного газов эта величина может быть определена при условии насыщения для соответствующей температуры газа по прил. 1.

Для природного газа d_Г принимается равным 8…10 г/м³. Содержание H₂O во влажном газе может быть определено по формуле

(2)

где - содержание водяных паров во влажном газе, %;

d_Г - влагосодержание в граммах отнесенное к одному

кубическому метру сухого газа, г/м³.По полученному значению содержания водяных паров в газе определяется коэффициент пересчетаК_всостава газа с сухого на влажный (рабочий состав).

(3)

Пересчет состава газа с сухого на влажный производится по формуле

(4)

где - содержание компонента во влажном газе, %;

- содержание компонента в сухом газе, %;

К_в- коэффициент пересчета на влажный газ.

Пересчету подвергаются все компоненты газа, включая балластные составляющие.