Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Процессы горения. Материальный и тепловой балансы процессов горения. Учебное пособие для СПО

.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
12.08.2026
Размер:
887 Кб
Скачать

Таблица 29

Калориметрическая и теоретическая температура горения природного газа

Калориметрическая температура, 0С

Теоретическая температура, 0С

1760

1750

1780

1760

1800

1770

1820

1790

1850

1820

1880

1840

1900

1850

1920

1860

1940

1870

1970

1880

1990

1900

2010

1920

Действительная температура

Действительная температура горения всегда несколько ниже, чем теоретическая температура горения. Зависит такое уменьшение температуры от величины теплопотерь в окружающую среду, от того, как тепло из зоны горения передаётся излучением и т. д. Поэтому для определения действительной температуры введен пирометрический коэффициент теплопотерь η. Данный коэффициент устанавливается экспериментально в зависимости от места горения. Например, для качественных термических и нагревательных печей с теплоизоляцией η находится в пределах от 0,75 до 0,85, для герметических печей без теплоизоляции – от 0,65 до 0,75, для экранированных топок котлов – 0,50– 0,65. Таким образом, для того чтобы определить действительную температуру горения, необходимо рассчитать теоретическую или калориметрическую температуру, а затем определить искомую действительную температуру по формуле [10]:

tд = tт∙η .

(3.32)

Помимо формулы 3.32, действительную температуру можно рассчитать и по тепловому балансу. В общем случае для расчёта действительной температуры горения tд используется следующая зависимость [35]:

Qпг = Vпгc ∙ tд ,

(3.33)

где Qпг – теплота продуктов горения, кДж/кг;

c – средняя объёмная теплоёмкость смеси продуктов горения в интервале температур от t0 до tд, кДж/(м3∙К);

tд – действительная температура горения, К.

51

Адиабатическая температура

Адиабатической температурой горения называется температура, до которой нагреваются продукты полного сгорания при протекании реакции в установившемся термодинамическом равновесии, то есть при постоянном давлении или объеме и без учёта теплообмена с окружающей средой.

Алгоритм расчёта температуры горения

Из всего вышесказанного следует, что для того, чтобы определить ту или иную температуру горения, необходимо учитывать потери теплоты из зоны горения для искомой температуры, но все расчёты любой температуры горения имеют общий алгоритм [34].

1.Расчёт температуры начинается с составления уравнения реакции горения и определения суммарного объёма продуктов горения, а также каждого компонента из этого объёма в отдельности по методикам, приведённым в 2 главе.

2.Рассчитывается низшая теплота сгорания вещества Qн. Для этого при наличии табличных значений энтальпий образования расчёт выполняется по закону Гесса, а при отсутствии необходимых данных для веществ с известным элементным составом по формуле Менделеева.

3.Если при горении имеются теплопотери, то рассчитывается количество тепла, израсходованного на нагрев продуктов горения Qпг (кДж/кг или кДж/м3):

Qпг = Qн∙ (1 – η),

(3.34)

где Qн – низшая теплота сгорания вещества, кДж;

η– пирометрический коэффициент теплопотерь.

4.Определяется среднее теплосодержание продуктов горения Qср. Для этого в случае отсутствия теплопотерь используем формулу:

ср =

н

,

(3.35)

пг

где Vпг – объём продуктов горения, м3.

При наличии теплопотерь расчёт проводится по формуле:

ср =

н

(3.36)

пг .

5. По рассчитанному значению Qср, используя в зависимости от необходимых единиц измерения данные таблиц 30 и 31, приближенно определяется температура горения Т1. При этом учитываем, что продукты горения в основном состоят из азота, поэтому подбор температуры горения должен быть ориентирован именно на N. Но не следует забывать, что пары

52

воды и углекислого газа снижают температуру горения примерно на 100–2000С из-за своего более высокого теплосодержания, чем у азота.

6. Рассчитывается теплосодержание продуктов горения при выбранной температуре Т1 по следующему выражению:

Q1пг =Q1(CO2) ∙V(CO2) + Q1(H2O) ∙ V(H2O) + Q1(N2) ∙V(N2) + Q1(SO2) ∙ V(SO2) + +

Q1(возд) ∙ ∆V (возд)

(3.37)

где Q1(CO2), Q1 (H2O), Q1(N2), Q1(SO2), Q1(возд)

– табличные значения

теплосодержания газов по данным таблиц 30 и 31.

 

7.Значения теплосодержания продуктов горения при выбранной

температуре Т1 сравниваются с низшей теплотой горения Qн или с количеством тепла, израсходованного на нагрев продуктов горения Qпг. Если Q1пг меньше

чем Qн или Qпг, то выбираем температуру Т2, которая будет больше, чем Т1 на 1000С. Если же Q1пг будет больше, чем Qн или Qпг, то Т2 должно быть меньше, чем Т1 так же на 1000С.

8.Повторяется расчёт теплосодержания продуктов горения при новой выбранной температуре Т2 по выражении:

Q2пг =Q2(CO2) ∙V(CO2) + Q2(H2O) ∙ V(H2O) + Q2(N2) ∙V(N2) + Q2(SO2) ∙ V(SO2) + +

Q2(возд) ∙ ∆V (возд)

(3.38)

9. Расчёт теплосодержания по пунктам 6, 7 и 8 проводится до тех пор, пока не получим неравенство:

Q1пг<Qн (Qпг) <Q2пг . (3.39)

10. С помощью интерполяции определяется температура горения ТГ. В случае если Т1<Т2 , расчёт проводится по формуле:

г = +

пг

пг

∙( −

).

(3.40)

пг

пг

Если же Т1> Т2, то для расчётов температуры горения используется формула:

г = +

пг

пг

∙ ( −

).

(3.41)

пг

пг

Рассчитанная температура в зависимости от потерь тепла будет равна адиабатической, если потери тепла не учитывались, и равна действительной температуре при учёте потерь тепла.

Таким образом, для того чтобы определить температуру горения, необходимо составить уравнение теплового баланса реакции горения данного

53

вещества, определить теплопотери, происходящие во время горения, и рассчитать значение необходимой температуры.

Теплосодержание газов при постоянном давлении [35]

Таблица 30

 

Температура,

 

Теплосодержание, кДж/кмоль

 

t0С

 

 

 

 

 

 

О2

N2

Воздух

СО2

Н2О

SO2

100

2956,0

2917,0

2917,5

3814,1

1281,7

4081,1

200

5991,0

5849,3

5866,0

8019,6

6829,7

8505,7

300

9125,8

8819,9

8861,8

12536,5

10378,6

13223,6

400

12360,5

11849,3

11924,7

17313,1

14044,9

18167,8

500

15678,9

14945,7

15058,8

22303,4

17828,4

23275,4

600

19072,9

18104,9

18255,8

27473,8

21733,5

28533,9

700

22521,2

21331,3

21524,0

32795,1

25772,7

33876,1

800

26019,9

24616,2

24842,5

38237,9

29937,5

39285,5

900

29564,6

28211,3

28211,3

43785,5

34232,3

44799,5

1000

33142,9

31621,9

31621,9

49442,0

38648,5

50321,9

1100

36750,5

35074,5

35074,5

55140,4

43198,9

55907,2

1200

40391,6

38560,6

38560,6

60922,6

47807,9

61492,4

1300

44036,9

41719,8

42067,6

66788,6

52584,5

67161,5

1400

47724,1

45252,0

45629,1

72654,6

57403,0

72797,1

1500

51453,2

48771,6

49190,6

78562,5

62347,2

78436,8

1600

55182,3

52375,0

52794,0

84554,2

67333,3

84135,2

1700

58953,3

55936,5

56397,4

90545,9

72445,1

89821,0

1800

62766,2

59539,9

60000,8

96579,5

77598,8

95557,1

1900

66579,1

63143,3

63646,1

102613,1

82794,4

101184,3

2000

70392,0

66788,6

67333,3

108646,7

88073,8

107012,6

2100

74246,8

70433,9

71020,5

114722,2

93395,1

112715,2

2200

78101,6

74121,1

74121,1

120839,6

98758,3

118451,3

2300

81998,3

77766,4

78394,9

126915,1

104163,4

124220,9

2400

85936,9

81453,6

82124,0

133032,5

109631,3

130024,1

2500

89875,5

85140,8

85853,1

139149,9

115141,1

135756,0

2600

94015,2

89003,9

89330,8

145325,9

119398,2

141513,0

2700

97857,5

92653,5

93105,9

151481,1

124782,4

147295,2

2800

101833,7

96437,0

96789,0

157560,7

130342,5

152985,3

2900

106124,2

100488,7

100488,7

163795,5

135848,2

158813,6

3000

110113,2

103828,2

104205,3

169946,4

141161,1

164667,0

54

Теплосодержание газов при постоянном давлении [35]

Таблица 31

 

Температура,

 

 

Теплосодержание, кДж/м3

 

t0С

О2

N2

 

Воздух

СО2

Н2О

 

SO2

100

131,8

130,1

 

130,1

170,1

150,6

 

181,4

200

267,2

260,9

 

261,6

357,7

304,7

 

377,9

300

407,1

393,6

 

395,4

559,7

463,0

 

587,0

400

551,4

528,7

 

532,1

772,6

626,8

 

824,6

500

669,3

666,6

 

672,0

925,1

786,2

 

1034,9

600

850,6

807,8

 

814,5

1225,6

969,5

 

1269,6

700

1004,7

951,9

 

960,3

1463,1

1149,7

 

1507,5

800

1160,6

1098,2

 

1108,2

1706,2

1335,3

 

1746,4

900

1319,0

1246,9

 

1258,7

1953,8

1527,2

 

1994,8

1000

1478,6

1398,2

 

1410,7

2205,2

1724,2

 

2237,4

1100

1639,5

1551,1

 

1564,9

2460,4

1926,5

 

2488,8

1200

1802,1

1705,3

 

1720,4

2718,5

2133,9

 

2735,2

1300

1965,1

1861,2

 

1877,5

2979,1

2345,5

 

2979,5

1400

2129,8

2010,0

 

2035,5

3241,4

2560,9

 

3238,0

1500

2295,7

2176,7

 

2194,7

3505,7

2781,3

 

3488,2

1600

2462,4

2335,5

 

2355,2

3771,4

3004,2

 

3747,5

1700

2630,5

2495,9

 

2515,7

4039,6

3231,7

 

4003,1

1800

2799,7

2656,4

 

2678,2

4307,3

3461,3

 

4261,2

1900

2969,4

2818,2

 

2840,4

4579,7

3693,5

 

4529,8

2000

3140,8

2979,9

 

3004,2

4847,8

3928,5

 

4667,6

2100

3311,7

3142,9

 

3167,6

5118,2

4166,1

 

5059,4

2200

3497,8

3306,3

 

3332,3

5392,5

4405,8

 

5337,2

2300

3659,1

3469,3

 

3497,4

5660,7

4667,1

 

5608,7

2400

3834,3

3633,1

 

3663,3

5933,0

4890,9

 

5892,8

2500

4009,8

3797,4

 

3828,8

6209,6

5136,5

 

6169,8

2600

4184,9

3953,9

 

3988,4

6487,4

5387,1

 

6460,1

2700

4368,9

4135,9

 

4156,5

6761,8

5639,3

 

6753,8

2800

4546,1

4304,4

 

4320,7

7033,3

5897,8

 

7050,9

2900

4729,2

4469,0

 

4484,9

7311,1

6159,3

 

7351,3

3000

4914,9

4634,5

 

4652,1

7589,7

6425,8

 

7655,1

55

Список использованной литературы

1.Баринов А.В., Батырев В.В., Укке О.В., Тугушов К.В. Теория горения и взрыва (учебное пособие). Книга 1. Теория горения. // Новогорск, Академия гражданской защиты МЧС России, 2006.

2.ГОСТ 12.1.004 91. Пожарная безопасность.

3.ГОСТ 12.1.044-89 ССБТ.

4.Федеральный закон от 22. 07. 2008 №123-ФЗ. Технический регламент о требованиях пожарной безопасности.

5.Poinsot, Theoretical and Numerical Combustion, 2012.

6.Демидов П.Г., Шандыба В.А., Щеглов П.П. Горение и свойство горючих веществ. Учебное пособие для пожарно-технических училищ // М., 1981.

7.Горбонос М.Г. Методические указания по практическим занятиям и выполнению самостоятельных работ по дисциплине «Технология и безопасность взрывных работ» // издательство ПетрГУ, Петрозаводск, 2011.

8.Рындин Д. Основы конденсационной техники // СОК №7, Киев, 2006.

9.Пригожин И., Кондепуди Д. Современная термодинамика. От тепловых двигателей до диссипативных структур. // Мир, М., 2002.

10.Катин В.Д. Теория горения и взрыва : сб. лекций. В 2 ч. Ч. 1 // Хабаровск : Изд-во ДВГУПС, 2013.

11.Диффузионное и кинетическое горение // Электронная библиотека URL: http://libraryno.ru/1-1-diffuzionnoe-i-kineticheskoe-gorenie-teorgorandbax

12.Зеленкин В.Г., Боровик С.И., Бабкин М.Ю. Теория горения и взрыва // Издательский центр ЮУрГУ, Челябинск, 2011.

13.Воздействие объектов нефтегазового комплекса на атмосферу // интуит URL: http://www.intuit.ru/studies/courses/3475/717/lecture/21335?p

14.Витер В.Н. Всегда ли взрываются взрывчатые вещества?//Химия и химики №4, 2015.

15.ГОСТ 12.1.044-89 ССБТ.

16.Витер В.Н. Демонстрация каталитического горения на оксиде хрома//Химия и химики №6, 2009.

17.Архипов В.А., Синогина Е.С. Горение и взрывы. Опасность и анализ последствий. Учебное пособие // Издательство Томского государственного педагогического университета, Томск, 2007.

18.Леенсон И.А. Химия пламени // «Наука и жизнь» №2, 2011.

19.Храмов Г.Н. Горение и взрыв. Монография // СПб.: СПбГПУ, 2007.

20.Семёнов Е.С., Соколик А.С. Термическая и химическая ионизация пламени // Физика горения и взрыва, №1, 1970.

21.Степанов К.М. Ионизация в пламени и электрическое поле // Изд-во «Металлургия», 1968.

22.Мазо А.Б. Основы теории и методы расчета теплопередачи: учебное пособие // Казань: Казан. ун-т, 2013.

23.Иванов Е.Н. Пожарная защита открытых технологических установок // «Химия», М., 1975.

56

24.Мануйлов А.В., Родионов В.И. Основы химии. Интернет-учебник // Новосибирск, НГУ, 2015.

25.Краснов К. С., Воробьев Н. К., Годнев И. Н. и др. Физическая химия. В 2 кн. Кн. 2. Электрохимия. Химическая кинетика и катализ: Учеб. для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. М. : Высш. шк., 1995.

26.Семенов Н. Н. Тепловая теория горения и взрывов //УФН №3, 1940.

27.ГОСТ ISO 2719-2013 Нефтепродукты. Методы определения температуры вспышки в закрытом тигле Пенски-Мартенса.

28.Сивухин Д. В. Общий курс физики. Т. II. Термодинамика и молекулярная физика. // Наука, М., 1990.

29.Воднев П.П. Теория горения и взрыва // УВАУ ГА, Ульяновск, 2010.

30.Сафонов С.К. Методы расчёта показателей пожарной опасности газов и жидкостей // УВАУ ГУ, Ульяновск, 2005.

31.Хзмалян Д.М., Каган Я.Ф. Теория горения и топочные устройства // Изд-во «Энергия», М., 1976.

32.Грошева Л. П. Принципы составления энергетического (теплового) баланса и тепловые расчеты химико-технологических процессов». Учебное пособие // Новгородский государственный университет, 2006.

33.Брусенцева Л. Ю., Кудряшова А.А. Краткий справочник физико-химических величин некоторых неорганических и органических соединений. // Самара: НОУ ВПОСМИ «РЕАВИЗ», 2011.

34.Гурина В.Н., Ревва И.Б. Теплотехнические расчеты. Методические указания//Томск: Изд. ТПУ, 2010.

35.Портола В.А. Расчет процессов горения и взрыва: учебное пособие /В.А. Портола, Н.Ю. Луговцова, Е.С. Торосян; Юргинский технологический институт. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2012.

57

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1

Коэффициент теплопроводности газов, [Вт/(м∙К)]∙10-8

 

 

Газ

Р,

 

 

 

Температура, 0С

 

 

 

 

 

МПа

0

100

200

300

400

500

600

800

1000

 

Водород

0,1

169

214

256

290

332

368

403

477

557

 

 

50,0

210

246

282

313

345

380

413

486

567

 

Оксид углерода

0,1

23,3

30,1

36,5

42,6

48,5

54,1

59,7

70,1

80,6

 

Метан

0,1

30,4

45,0

62,0

80,1

99,2

-

-

-

-

 

5,0

35,4

48,2

64,5

82,1

-

-

-

-

-

 

 

10,0

43,8

52,0

67,1

84,0

-

-

-

-

-

 

Этан

0,1

18,8

31,7

47,7

65,9

85,5

108

133

-

-

 

Пропан

0,1

15,2

27,4

41,7

57,9

76,0

95,8

-

-

-

 

Бутан

0,1

13,3

23,5

36,5

51,9

69,8

90,2

113

-

-

 

Пропилен

0,1

14,0

25,6

38,9

53,7

-

-

-

-

-

 

Диоксид углерода

0,1

14,7

22,2

30,2

38,5

46,1

53,3

60,0

72,7

84,6

 

Кислород

0,1

24,4

29,8

38,6

45,6

51,3

57,4

63,4

74,5

85,7

 

10,0

31,6

36,3

42,2

47,8

53,7

59,7

64,9

75,2

86,5

 

 

30,0

41,9

48,3

51,3

55,1

59,3

64,1

69,1

78,4

88,6

 

Азот

0,1

23,9

30,9

37,2

43,0

48,4

53,5

5,48

68,6

79,6

 

20,0

34,0

39,4

43,3

48,1

52,4

56,6

61,6

70,7

81,5

 

 

50,0

51,3

54,5

54,7

56,2

59,1

62,9

66,9

74,5

84,3

 

58

 

 

 

 

 

 

Степень диссоциации водяного пара

 

 

 

 

Таблица 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t, 0С

 

 

 

 

 

 

 

Парциальное давление Н2О, абс.ат

 

 

 

 

 

 

 

 

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

 

0,09

 

0,10

0,11

0,12

0,16

0,18

0,20

0,25

0,30

0,35

 

0,40

 

1600

0,85

0,80

0,75

0,70

0,65

 

0,63

 

0,60

0,58

0,56

0,54

0,52

0,50

0,48

0,46

0,44

 

0,42

 

1700

1,45

1,35

1,27

1,20

1,16

 

1,12

 

1,08

1,02

0,95

0,90

0,85

0,80

0,76

0,73

0,70

 

0,67

 

1800

2,40

2,25

2,10

2,00

1,90

 

1,85

 

1,80

1,70

1,60

1,53

1,46

1,40

1,30

1,25

1,20

 

1,15

 

1900

4,05

3,80

3,60

3,40

3,25

 

3,10

 

3,00

2,85

2,70

2,65

2,50

2,40

2,20

2,10

2,00

 

1,90

 

2000

5,75

5,35

5,05

4,80

4,60

 

4,45

 

4,30

4,00

3,80

3,55

3,50

3,40

3,15

2,95

2,80

 

2,65

 

2100

8,55

7,95

7,50

7,10

6,80

 

6,55

 

6,35

6,00

5,70

5,45

5,25

5,10

4,80

4,55

4,30

 

4,10

 

2200

12,3

11,5

10,8

10,3

9,90

 

9,60

 

9,30

8,80

8,35

7,95

7,65

7,40

6,90

6,50

6,25

 

5,90

 

2300

16,0

15,4

15,0

14,3

13,7

 

13,3

 

12,9

12,2

11,6

11,1

10,7

10,4

9,60

9,10

8,70

 

8,40

 

2400

22,5

21,0

20,0

19,1

18,4

 

17,7

 

17,2

16,3

15,6

15,0

14,4

13,9

13,0

12,2

11,7

 

11,2

 

2500

28,5

26,8

25,6

24,5

23,5

 

22,7

 

22,1

20,9

20,0

19,3

18,6

18,0

16,8

15,9

15,2

 

14,6

 

2600

37,1

35,1

33,5

32,1

31,0

 

30,1

 

29,2

27,8

26,7

25,7

24,8

24,1

22,0

21,5

20,5

 

19,7

 

2700

44,7

42,6

40,7

39,2

37,9

 

36,9

 

35,9

34,2

33,0

31,8

30,8

29,9

28,2

26,8

25,7

 

24,8

 

2800

54,5

52,2

50,3

48,7

47,3

 

46,1

 

45,0

43,2

41,6

40,4

39,3

38,3

36,2

34,6

33,3

 

32,2

 

2900

62,8

60,5

58,6

56,9

55,5

 

54,3

 

53,2

51,3

49,7

48,3

47,1

46,0

43,7

41,9

40,5

 

39,2

 

3000

70,6

68,5

66,7

65,1

63,8

 

62,6

 

61,6

59,6

58,0

56,5

55,4

54,3

51,9

50,0

48,4

 

47,0

 

59

Таблица 3

Степень диссоциации двуокиси углерода пара

t, 0С

 

 

 

 

 

Парциальное давление СО2, абс.ат

 

 

 

 

 

 

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

0,09

0,10

0,12

0,14

 

0,16

0,18

0,20

0,25

0,30

1500

0,6

0,5

0,5

0,5

0,5

0,5

0,5

0,5

0,5

0,5

 

0,4

0,4

0,4

0,4

0,4

1600

2,2

2,0

1,9

1,8

1,7

1,6

1,55

1,5

1,45

1,4

 

1,35

1,3

1,24

1,2

1,1

1700

4,1

3,8

3,5

3,3

3,1

30,

2,9

2,8

2,6

2,5

 

2,4

2,3

2,2

2,0

1,9

1800

6,9

6,3

5,9

5,5

5,2

5,0

4,8

4,6

4,4

4,2

 

4,0

3,8

3,7

3,5

3,3

1900

11,1

10,1

9,5

8,9

8,5

8,1

7,8

7,6

7,2

6,8

 

6,5

6,3

6,1

5,6

5,3

2000

18,0

16,5

15,4

14,6

13,9

13,4

12,9

12,5

11,8

11,2

 

10,8

10,4

10,0

9,4

8,8

2100

25,9

23,9

22,2

21,3

20,3

19,6

18,9

18,3

17,3

16,5

 

15,9

15,3

14,9

13,9

13,1

2200

37,6

35,1

33,1

31,5

30,3

29,2

28,3

27,5

26,1

25,0

 

24,1

23,3

22,6

21,2

20,1

2300

47,6

44,7

42,5

40,7

39,2

37,9

36,9

35,9

34,3

32,9

 

31,8

30,9

30,0

28,2

26,9

2400

59,0

56,0

53,7

51,8

50,2

48,8

47,6

46,5

44,6

43,1

 

41,8

40,6

39,6

37,5

35,8

2500

69,0

66,3

64,1

62,2

60,6

59,3

58,0

56,9

55,0

53,4

 

52,0

50,7

49,7

47,4

45,4

2600

77,7

75,2

73,3

71,6

70,2

68,9

67,8

66,7

64,9

63,4

 

62,0

60,8

59,7

57,4

55,5

2700

84,4

82,5

81,0

79,8

78,6

77,6

76,6

75,7

74,1

72,8

 

71,6

70,5

69,4

67,3

65,5

2800

89,6

88,3

87,2

86,1

85,2

84,4

83,7

83,0

81,7

80,6

 

79,6

78,7

77,9

76,1

74,5

2900

93,2

92,2

91,4

90,6

90,0

89,4

88,8

88,3

87,4

86,5

 

85,8

85,1

84,5

83,0

81,8

3000

95,6

94,9

94,4

93,9

93,5

93,1

92,3

92,3

91,7

90,6

 

90,1

89,6

88,5

87,6

86,8

60

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]