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

Расчет горения топлива. Методические указания к практическим занятиям по курсам «Теория горения», «Теплоэнергетика металлургического производства», «Ф

.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
12.08.2026
Размер:
1 Мб
Скачать

В итоге получаем искомое значение калориметрической температуры горения в ячейки «Калориметрическая температура».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 11

 

ШАГ 5. Расчет калориметрической температуры горения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Уравнения теплоемкостей

 

Калориметрическая

Итоговое

 

 

 

 

 

температура

 

уравнение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N2

 

y = -1E-11x3 + 4E-08x2 + 8E-05x + 1,2893

 

2629,893

 

 

0,000

 

O2

 

y = 1E-11x3 - 7E-08x2 + 0,0002x + 1,2996

 

 

 

 

 

 

CO2

 

y = 7E-11x3 - 4E-07x2 + 0,0009x + 1,6252

 

 

 

 

 

 

H O

 

y = -3E-11x3 + 1E-07x2 + 0,0002x + 1,4931

 

 

 

 

 

 

CH4

 

y=-2E-09x3+2E-06x2+0,0029x+2,1459

 

 

 

 

 

 

воздух от 0

 

y = 6E-11x3 + 1E-07x2 + 2E-05x + 1,3011

 

 

 

 

 

 

до 500 С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8. В окне «Результаты вычисления» отображаются все искомые

параметры.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 12

 

 

 

 

Результат расчета

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Плотность

Плотность

Низшая

 

Калориметри-

 

Состав продуктов сгорания

продуктов

смешанного

теплота

 

ческая

 

 

 

 

 

горения

газа

сгорания

 

температура

 

Составля-

Содержа-

Кол-во,

кг/м³

кДж/м³

 

 

°С

 

ющие

 

ние, %

м³

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N2

56,173

4,051

 

 

 

 

 

 

 

 

O2

2,727

0,197

1,232

0,750

35251,13

 

2629,893

 

 

 

 

 

 

 

CO2

13,852

0,999

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H O

27,248

1,965

 

 

 

 

 

 

 

 

Сумма

100,000

7,211

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5. Последовательность расчета неполного горения газообразного топлива

При расчете состава продуктов неполного горения топлива исходят из допущений об отсутствии в дымовых газах метана и сероводорода. Таким образом продукты неполного сгорания предполагаются состоящими из N2, СО2, Н2О, СО и Н2.

Расчет состава продуктов сгорания и калориметрической температуры горения при неполном горении следует производить методом

21

последовательных приближений, принимая в первом приближении для расчета состава продуктов неполного сгорания калориметрическую температуру,

полученную при предварительном расчете полного сгорания топлива по соотношениям (21-34).

Посчитав в первом приближении калориметрическую температуру с помощью Excel можно приступить к расчету в первом приближении состава продуктов неполного сгорания при заданном коэффициенте избытка

воздуха <1.

 

 

Определяем количество подаваемого воздуха при неполном горении:

 

н = V ,

(35)

в

в

 

где Vв –теоретическое количество воздуха м33 топлива при α=1.

Определяем необходимое количество кислорода и азота:

 

 

 

= 0,21 н,

 

(36)

 

2

 

 

 

 

 

в

 

 

 

 

= 0,79 н.

 

(37)

 

 

2

 

 

 

 

 

 

в

 

 

Определяем общее количество азота с учетом N2топлива:

 

 

=

 

+ 0,01 .

 

(38)

 

2

 

2

 

 

 

 

2

 

 

Обозначим содержание компонентов (м33 топлива) в продуктах

сгорания:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СО2 – х; СО – у; Н2О – z; Н2 – q.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Баланс углерода

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ = ( + + +

)0,01 = , м33 ..

(39)

2

 

4

 

 

 

 

 

 

 

Баланс водорода

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+ = (

+ + 2

+

 

 

 

) 0,01 = , м33 ..

(40)

 

2

2

 

4

 

2

 

 

 

 

 

Баланс кислорода

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 + + = (2

+ + + 2 )0,01 + 2

= , м33.

(41)

2

2

 

 

 

2

 

 

2

 

 

Константа равновесия реакции водяного газа

22

 

 

=

 

.

 

(42)

 

 

 

 

 

 

 

 

После преобразований имеем:

 

 

 

 

 

 

= − ; = − ; = − − .

 

Тогда

=

( − )( − − )

.

(43)

 

 

 

( −+ +)

 

Значение

константы

зависит от температуры K=f(t), и

в первом

приближении принимаем равной калориметрической температуре полного горения при α=1.

При этом зависимость K=f(t) получена с помощью аппроксимации

эмпирической таблицы [2] с помощью средств Excel и имеет следующий вид:

K=107t-2,337. (44)

Решение квадратного уравнения (43) с учетом физического смысла задачи дает значение x, после чего производится расчет остальных компонентов продуктов сгорания (y, z, q).

Общий объем продуктов неполного сгорания:

 

= + + + + ∑

, м33.

(45)

 

2

 

 

Состав продуктов неполного сгорания:

СО

=

 

100%СО =

 

100% и т. д.

(46)

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8. Пересчитываем калориметрическую температуру горения для случая неполного горения топлива с учетом химического недожога топлива:

 

 

 

 

р+ + −

 

 

 

 

 

к =

 

 

 

 

н

т

 

в

н

 

 

 

,

(47)

 

+

+

2

2

+

+

 

со2

со2

2

2

 

 

 

 

2

2

 

 

где Qн – потери теплоты с химическим недожогом топлива, кДж/м3:

 

= (127СО + 108Н ) .

(48)

н

2

 

Уравнение (47) решается в электронной среде Excel

23

После расчета калориметрической температуры при неполном горении топлива во втором приближении производим пересчет по соотношениям

(35-48), в результате получаем искомые величины состава продуктов неполного горения. В качестве проверки вычисляется калориметрическая температура неполного горения в 3-м приближении (45-48), которая и принимается конечной для расчета.

6.Пример расчета неполного горения газообразного топлива

1.Вводим исходные данные для расчета в таблицу 13 (ШАГ 1).

 

 

 

 

Таблица 13

 

 

 

ШАГ 1. Исходные данные

 

 

 

 

 

 

 

 

Состав газа, %

 

Содержание влаги W, г/м³

20

 

СН4

91,2

 

Коэффициент избытка воздуха, α

0,5

 

С2Н6

3,1

 

Начальная tвоз, С

100

 

СО2

0,3

 

Начальная tтопл, С

30

 

О2

0,2

 

 

 

 

N2

5,2

 

 

 

 

Сумма

100

 

 

 

 

2.В таблице 14 (ШАГ 2) производится пересчет состава газа на влажное топливо по формулам (21-24).

Таблица 14

ШАГ 2.Пересчет состава на влажное топливо

H2O, %

Коэффициент

Состав влажного газа

 

 

 

 

 

 

СН4

88,98533269

 

 

С2Н6

3,024720738

 

 

 

 

2,428363283

0,975716367

СО2

0,29271491

 

 

О2

0,195143273

 

 

N2

5,073725109

 

 

 

 

 

 

Сумма

100

3.В таблице 15 (ШАГ 3) производится расчет теплоты сгорания влажного топлива (25)

Таблица 15

ШАГ 3. Определение низшей теплоты сгорания

Qнр, кДж/м³

34435,7

24

4.В таблице 16 (ШАГ 4) производится расчет полного горения топлива

5.В таблице 17 (ШАГ 5) производится расчет калориметрической температуры горения при полном горении топлива, она является в первом приближении калориметрической температурой при неполном сгорании топлива.

Полиномиальные уравнения теплоемкости продуктов горения подставляются в формулу (34). Формула (34) преобразовывается к виду f(x)=0.

Получившееся уравнение занесено в ячейку «УРАВНЕНИЕ БАЛАНСА»

(ШАГ 5), аргумент ссылается на ячейку «Калориметрическая температура».

Далее в панели задач во вкладке ДАННЫЕ находим значок «Анализ что-

если»>«Подбор параметра»:

Установить в ячейке: «Уравнение баланса». Значение: 0

Изменяя значение ячейки: «Калориметрическая температура»

Результатом подбора является искомое значение калориметрической температуры.

6.В таблице 18 (ШАГ 6) производится расчет неполного горения топлива по принятой калориметрической температуре горения с использованием зависимостей (35-47). При этом автоматически производится подбор корня квадратного уравнения (43), отвечающего физическому смыслу задачи.

7.В таблице 19 (ШАГ 7) осуществляется пересчет калориметрической температуры с учетом неполного сгорания топлива по объемам продуктов сгорания, полученных в таблице (ШАГ 6). Расчет производится по методике описанной на ШАГЕ 5.

8.В таблице 20 (ШАГ 8) производится уточненный расчет во втором приближении состава продуктов сгорания при неполном горении по методике,

описанной в пункте 7.

25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 16

 

 

ШАГ 4. Расчет полного горения топлива при α=1 на 100 м3

 

 

 

 

 

 

 

Участвуют в горении

 

 

 

 

Образуется при горении газообразных

 

 

Топливо

 

 

Воздух

 

 

 

продуктов

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Составляющие

Содержание,

Кол-во,

 

Реакция горения

O2

N2

Всего

CO2

H O

O2

 

N2

Всего

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

%

м³

 

 

м

3

 

 

 

м³

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CH4

88,985

88,985

CH4+2·O =CO +2·H O

177,971

 

 

 

88,985

177,971

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C2H6

3,025

3,025

 

C2H6 + 3,5O2 = 2CO2 +

10,586

 

 

 

6,049

9,074

 

 

 

 

 

 

3H2O

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СО2

0,293

0,292

 

 

 

709,35

 

0,293

 

 

 

714,426

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

О2

0,195

0,195

 

 

 

 

 

 

 

 

0,195

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N2

5,074

5,074

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H2O

2,428

2,428

 

 

 

 

 

 

 

2,428

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Всего

100

100

 

 

188,557

 

 

897,909

95,327

189,473

0,195

 

714,426

999,422

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сумма на 1 м³ газа (при α=1)

1,885

7,09

8,979

0,953

1,895

0,002

 

7,144

9,994

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сумма, % (при α=1)

 

20,99

79,0

100

9,538

18,958

0,019

 

71,484

100

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 17

ШАГ 5. Расчет калориметрической температуры горения при полном горении топлива

 

Уравнения теплоемкостей

Калориметрическая температура

Уравнение баланса

 

СО2

y = 6E-11x3 - 4E-07x2 + 0,0009x + 1,6225

2054,797

0,000

 

О2

y = -4E-08x2 + 0,0002x + 1,3056

 

 

 

N2

y = 1E-14x4 - 9E-11x3 + 2E-07x2 + 2E-05x + 1,2957

 

 

 

 

 

 

 

 

H2O

y = -1E-08x2 + 0,0003x + 1,4732

 

 

 

CH4

y = -3E-10x3 - 4E-07x2 + 0,0024x + 1,8634

 

 

 

СО

y = -8E-09x2 + 0,0001x + 1,2837

 

 

 

H2

y = -5E-09x2 + 6E-05x + 1,2795

 

 

 

Воздух (до 500 0С)

y = -9E-11x3 + 2E-07x2 + 1E-05x + 1,301

 

 

 

 

26

 

 

 

Таблица 18

ШАГ 6. Расчёт в первом приближении неполного горения топлива

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4,4895

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,9428

 

 

Коэффициенты квадратного

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

уравнения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3,5467

 

 

 

a

 

 

 

b

c

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3,5975

 

 

 

-0,8188

 

 

 

2,0878

-0,9212

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Баланс углерода

0,9533

 

x1=

 

 

 

0,56758

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Баланс водорода

1,8947

 

x2=

 

 

 

1,9822

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Баланс кислорода

1,9196

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,1812

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Объемы продуктов сгорания топлива при неполном горении

 

 

 

 

топлива в 1-м приближении м3 на м3 газа

 

 

 

 

СО2

 

CO

 

H2O

Н2

О2

 

N2

 

Всего

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,568

 

0,386

 

0,399

1,496

0,002

 

3,597

 

6,44,4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,088

 

0,060

 

0,062

0,232

0,0003

 

0,558

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 19

ШАГ 7. Расчет калориметрической температуры горения при неполном

горении топлива

Калориметрическая температура, °С

Уравнение баланса

 

 

1399,119

0,001

 

 

Расчет температуры осуществляется в данном случае уже по формуле (47).

27

Таблица 20 ШАГ 8. Расчёт во втором приближении неполного горения топлива

 

 

4,489547

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,942805

 

 

 

 

Коэффициенты

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

квадратного уравнения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3,546742

 

 

 

 

 

 

a

 

 

 

b

c

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3,597479

 

 

 

 

 

-0,55523

 

 

2,332558

-0,92122

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Баланс углерода

 

0,953275

 

 

 

x1=

 

 

 

0,441296

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Баланс водорода

 

1,894732

 

 

 

x2=

 

 

 

3,759787

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Баланс кислорода

 

1,91965

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,4448

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Объемы продуктов сгорания топлива при неполном горении

 

 

 

 

 

топлива во 2-м приближении м3 на м3 газа

 

 

 

 

СО2

 

CO

 

H2O

 

Н2

 

О2

 

N2

 

 

Всего

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,4413

 

0,5118

 

0,525

 

1,3696

 

0

 

3,5975

 

6,4455

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,0685

 

0,0794

 

0,0815

 

0,2125

 

0

 

0,5581

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9. В таблице 21 (ШАГ 9) осуществляется окончательный расчет калориметрической температуры в 3-м приближении.

Таблица 21

ШАГ 9. Окончательный расчет калориметрической температуры

Уравнения теплоемкостей

Калориметрическая

Уравнение

температура, °С

баланса

 

 

 

 

 

1383,3619

0,000

 

 

 

10. В таблице 22 (ШАГ 10) осуществляется проверка материального баланса по методике, описанной в пункте 5.

28

Таблица 22

ШАГ 10. Проверка материального баланса

 

Плотность

Плотность

 

Плотность

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

продуктов

 

 

 

 

 

Проверка

 

 

 

газа

 

воздуха

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

горения:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

кг/м³

 

 

 

 

 

Поступило

 

Получили

Невязка,%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,767

 

1,288

 

 

1,009

 

газа

 

0,767

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6,502

0,69

 

 

 

воздуха

5,780

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

всего

 

6,547

 

 

 

 

 

 

11. В таблице 23 (ШАГ 11) представлены окончательные результаты

расчета

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 23

 

 

 

 

ШАГ 11. Результаты расчета

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Состав продуктов сгорания

 

Плотность продуктов горения

 

Плотность газа

 

Низшая теплота сгорания

Калориметрическая

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

температура

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Составляю-

Содержа-

Кол-во,

 

 

кг/м³

 

 

 

кДж/м³

 

°С

 

щие

 

ние, %

 

 

м³

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N2

55,814

 

3,597

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

O2

0,000

 

0,000

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CO2

6,847

 

0,441

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1,009

 

0,767

 

34435,7

 

1383,362

 

 

H O

8,146

 

0,525

 

 

 

 

 

 

СО

7,943

 

0,512

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Н2

21,2498

 

1,3696

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сумма

100,000

 

6,445

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

29

Библиографический список

1.Карамышева, Е.П. Методические указания по курсовому проектированию металлургических печей. Расчет горения топлива. /Е.П.Карамышева, И.В.Ткачук, И.П.Маклакова. – Липецк, ЛГТУ, 2007. – 35 с.

2.ГОСТ Р 52087-2003. Газы углеводородные, сжиженные, топливные. Разработан и внесен техническим комитетом по стандартизации ТК 139

«Сжиженные газообразные топлива», Государственным унитарным предприятием «Всероссийский научно-исследовательский институт углеводородного сырья» (ГУП ВНИИУС). Принят и введен в действие постановлением Госстандарта России от 30.06.2003г. №216-ст., Москва,

Госстандарт России, 07.01.2004.

3.ГОСТ 5439-76. Газы горючие природные и искусственные. Разработан и внесен Министерством энергетики и электрификации СССР. Утвержден и введен в действие Постановлением Государственным комитетом стандартов Совета Министров СССР от 26.01.1976 №209., Москва, межгосударственный стандарт, 01.01.1977.

4.ГОСТ 10679-76. Газы углеводородные сжиженные. Разработан и внесен Министерством энергетики и электрификации СССР. Утвержден и введен в

действие Постановлением Государственным комитетом стандартов Совета Министров СССР от 11.05.1976 №1156., Москва, Государственный стандарт Союза СССР, 01.01.1977

5.Кузнецов, А.В.Топливо и смазочные материалы /А. В. Кузнецов. – Москва: Колосс, 2004. – 199 c.

6.Винтовкин, А.А. Технологическое сжигание и использование топлива/

А.А. Винтовкин, М. Г. Ладыгичев, Ю.М. Голдобин. – Москва: Теплотехник,

2005. – 288 c

7. Темлянцев, М.В. Окисление и обезуглероживание стали в процессах нагрева под обработку давлением/ М.В. Темлянцев. – Москва: Теплотехник,

2006. – 200 с.

30

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]