задачи

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И.Носова»

Кафедра металлургии и химической технологии

Домашнее расчетное задание по дисциплине

«Техническая термодинамика и теплотехника»

Вариант 26

Выполнил

Студент гр.

Проверил

Ст. преподаватель

Магнитогорск

Пример решения

Задача 1

Рассчитаем горение твердого топлива с элементным анализом на сухую массу:

Элементный состав на сухую массу, масс.%						Wᴾ, %		коэффициент избытка воздуха α
C	H	O	S	N
88	5	6	0,5	0,5	5,5		1,5

1) Определим необходимый объем кислорода на горение твердого топлива;

2) Определим состав и объем продуктов горения твердого топлива;

3) Определим калориметрическую температуру горения твердого топлива.

Для расчета используем следующие данные:

-коэффициент избытка воздуха 1,45;

- относительная влажность воздуха 0,65;

- атмосферное давление 95 кПа;

- парциальное давление водяного пара 9,84 мм. рт. ст.;

- температура поступающего из атмосферы воздуха 11 ⁰С;

- температура нагрева воздуха 400^оС;

- пиротехнический коэффициент 0,75.

1) Рассчитаем количество кислорода на горение твердого топлива.

Для расчета необходимо перевести состав с сухой на рабочую массу. Для этого воспользуемся следующим уравнением:

где W^р = 5,5 %. Тогда:

С^р= 88*(100 – 5,5)/100= 83,16%

H^р= 5* 5,5 = 4,725 %

N^р = 0,5*5,5 = 0,4725 %

S^р = 0,5 * 5,5 = 0,4725 %

O^р = 6* 5,5 = 5,67 %

Σ = 100 %

Найдем количество кислорода, идущего на горение твердого топлива. Расчёт ведем на 100 кг топлива. Горение топлива можно представить следующими реакциями:

C + O₂ = CO₂

12,00 22,40

4,125 23,1

4H + O₂ = 2H₂O

4 22,40

2,625 1,84 1,84

S + O₂ = SO₂

32,00 22,40

Количество кислорода, требуемого для сжигания 100 кг топлива:

V_O2=155.232+31.752+0.33075 = 183,3458 м /100 кг

Количество азота поступающего на горение воздуха:

V_N2= 183.3458* = 689,7293 м /100 кг

Необходимое для полного сжигания твердого топлива количество воздуха составит

- теоретическое:

V^т_в= V_O2 + V_N2=183,3458 + 689,7293 = 873,075 м /100 кг.

- действительное:

V^д_в = V^т_в*α = 873,075 *1,5 = 1034,594 м /100 кг

ρ_O2 = M_O2/22,4 = 32/22,4 = 1,42 кг/м³

ρ_N2 = 1,25 кг/м³

ρ_H2O = 0,80 кг/м³

Определяем количество и состав продуктов горения. Результаты расчетов представлены в табл. 3.7.

Таблица 1

Состав и количество продуктов горения твердого топлива, м³/100кг

Элемент	CO2	H2O	SO2	N2	O2	∑
C	155,232
H		52,92
S			0,33075
N топл				0,378
N2 из возд				669,8213
H2O		6,875
H2O из возд		26,88660394
Альфа=1	155,232	86,68160394	0,33075	670,1993	0	912,4436
альфа=1,45	155,232	98,78057571	0,33075	971,6188	80,12419	1306,086
Доли	0,118853	0,07563097	0,00025324	0,743916	0,061347	1

Воздух на горение поступает влажный. Влагосодержание рассчитывается по формуле:

Х_возд = 0,622* φ* Р_нас/ (В - φ*Р_нас) =

= 0,622*0,95*33,7*133,3/ (97000-0,95*33,7*133,3) = 0,028625 кг/кг.

V_{N2 газ возд} =V_N2возд*α = 689,7293*1,5=1035,161 м³/100 кг.

V_N2топл=m_N2/ρ_N2=0,4275/1,25=0,378

Определим количество водяного пара, поступающего с воздухом на горение:

V_H2Oвозд = х* V^т_в*22,4/М_Н2О = 0,028625 *873,075 *22,4/18 = 31,10066 м³/100 кг.

Объем избытка кислорода:

V^изб_О2 = V^т_О2*(α_max – 1) =183.3458 *(1,5 - 1) = 91,672875 м³/100 кг.

Рассчитаем теплоту горения топлива по формуле Менделеева:

Q^р_н = 0,339*С^р + 1,03*H^р - 0,109*(O^р - S^р) - 0,0251*W^р=

= 0,339*83,16 + 1,03*4,725- 0,109*(5,67–0,4725) - 0,0251*5,5 = МДж/кг.

Начальная энтальпия продуктов горения составит:

I_нач = (Q^р_н + Q_в)/V^д_пг = (+)/= 3373,52 кДж/кг.

Физическая теплота, вносимая подогретым воздухом, определяется как:

Q_в = V^д_в*I₄₀₀ /100 = */100 = 2976,93 кДж/кг.

Используя справочные данные, определим, при какой температуре продукты горения твердого топлива, приведенного в табл. 3.7. состава имеют начальную энтальпию, близкую к расчетной. Результаты вычислений представлены в табл. 3.8.

Таблица 2

Начальные энтальпии смеси продуктов горения твердого топлива при различных температурах

Компонент	Доли	I 1700, кДж/м^3	Q, кДж/м^3
CO2+SO2	0,119106	4087,1	486,798233
H2O	0,075631	3203,05	242,249778
N2	0,743916	2486,28	1849,58404
O2	0,061347	2632,09	161,47024
∑				2740,10229

Таблица 3

Компонент	Доли	I 1900, кДж/м^3	Q, кДж/м^3
CO2+SO2	0,119106	4634,76	552,027838
H2O	0,075631	3657,85	276,646744
N2	0,743916	2808,22	2089,08043
O2	0,061347	2971,3	182,279681
∑			3100,03469

Рассчитаем калориметрическую температуру горения топлива:

⁰С

Действительная температура горения:

t_д= t_к*φ = 1996,9*0,75=1497,66 ⁰С

Вывод: рассчитали необходимое для горения топлива воздух V^д_в=559,49 м³/100м³; рассчитали количество и состав продуктов сгорания

Компонент	Доли
CO2+SO2
H2O
N2
O2

рассчитали температуру горения t_д=1497,66 ⁰С