Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы теплоэнергоснабжения. Практикум
.pdf
– влажного пара:
·
( )( )
150³000 140³000
−−
=+=
=+=°
−
xr
′
ss
=+= + =
x
=+=
2,3058 3,7309 6,0367
T
2,3058
s
0,91949,9
470,37
кДж (кг К).
⋅
Ответ: vx = 0,121 м3/кг; hx = 2595,4 кДж/кг; sx = 6,0367
кДж/(кг∙К).
Пример 3.2
Манометр, установленный на паровом котле, показывает
давление pм = 0,5 ати. Какова температура насыщенного пара в
котле?
Решение
1 Абсолютное давление в котле
p = p
+ 1 = 1,5 ата = 1,5 ∙ 98 066,5 = 147100 Па.
м
2 Абсолютное давление p находится между давлениями
p
= 140 000 Па и p2 = 150 000 Па,
1
которым соответствует температура (табл. Б.2)
t
= 109,29 °C и t2 = 111,35 °C.
1
3 Температура насыщенного пара в котле определяется по
пропорции между t
и t
1
2
pp t t
tt
1
1471³ 00 140³000 111,35 109,29
( )( )
110 110,75³ C.
−−
121
−
pp
21
Ответ: t = 110,75 °C.
По аналогичной методике решить задачу по заданию
таблицы 3.2.
Задача 3.1
Манометр, установленный на паровом котле, показывает
давление pм, ати. Какова температура t насыщенного пара в
котле? Исходные данные приведены в таблице 3.2.
31
Таблица 3.2 – Исходные данные (варианты задания) к задаче 3.1
( )
( )
250³000 200³000
=+=
=+=°
Показатель
Задание p
Показатель
Задание p
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
, ати 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
м
13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
, ати 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
м
Вариант
Вариант
Пример 3.3
Перегретый пар в котле имеет давление p = 2,5 ата и
температуру t = 160 °C. Определить состояние пара: удельный
объем v, удельную энтальпию h, удельную энтропию s.
Решение
1 Абсолютное давление перегретого пара p = 2,5 ата =
= 245 166 Па.
2 Величины для определения параметров перегретого
пара (табл. 3.3) определяются по табл. Б.3, в которой давление p
находится между p1 = 200 000 Па и p2 = 250 000 Па, для которых
температура насыщения (когда вся вода становится паром)
ts1 = 120,21 °C и ts1 = 127,41 °C.
Таблица 3.3 – Параметры перегретого пара при температуре
t = 160 °C
Параметр перегретого пара
Удельный объем перегретого пара v
Удельная энтальпия перегретого пара h
Удельная энтропия перегретого пара s
Температура насыщения t
Единица
измерения
3
м
/кг 0,9843 0,7842
кДж/кг 2789,7 2786,2
кДж/(кг∙К) 7,329 7,2197
°C 120,21 127,41
s
1
p
= 200 000 Па p2 = 250 000 Па
1
Давление
3 Параметры перегретого пара:
- температура насыщения:
pp t t
−−
1
ss
tt
ss
1
2451³ 66 200³000 127,41 120,21
120,21 126,7 C;
( )( )
−−
−
pp
21
−
32
21
- удельный объем перегретого пара:
( )
=+=
−−
=+=
( )
( )
=+=
−−
=+=
( )
=+=
−−
=+=
·
pp v v
−−
( )
11 2
pp
−
21
250³000 200³000
−
3
м кг
0,9843
vv
1
2451³ 66 200³000 0,7842 0,9843
( )( )
=
0,8035 ;
- удельная энтальпия перегретого пара:
pp h h
−−
121
pp
−
21
250³000 200³000
−
кДж кг;
2789,7
hh
1
2451³ 66 200³000 2786,2 2789,7
( )( )
=
2786,54
- удельная энтропия перегретого пара:
pp s s
−−
( )
121
pp
−
21
250³000 200³000
−
кДж/(кг К).
7,329
ss
1
2451³ 66 200³000 7,2197 7,329
( )( )
=
7,2303
Ответ: ts = 126,7 °C; v = 0,8035 м3/кг; h = 2786,54 кДж/кг;
s = 7,2303 кДж/(кг∙К).
Задача 3.2
В соответствии с исходными данными, приведенными в
табл. 3.4, определить состояние пара.
Таблица 3.4 – Исходные данные (варианты задания) к задаче 3.2
Показатель
р, ата 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
t, °С 150 170 180 190 200 210 220 230 240 250
Показатель
р, ата 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
t, °С 260 270 280 290 300 310 320 340 380 410
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
Вариант
Вариант
33
3.4 Контрольные вопросы
1 Что такое энтальпия?
2 Как определяется энтальпия влажного пара и
перегретого пара?
3 Что такое энтропия?
4 Как определяется энтропия влажного пара и перегретого
пара?
5 Как определяется энтропия сухого насыщенного пара?
6 Что такое скрытая теплота парообразования?
7 Как получают сухой насыщенный пар?
8 От каких параметров зависит энтропия?
9 Что такое абсолютная температура насыщения и как она
определяется?
10 Как определяется удельный объем влажного пара?
11 Какое давление показывает манометр котла?
12 Что такое абсолютное давление?
13 Как влияет степень сухости насыщенного пара на
удельную энтропию и энтальпию?
34
4 Теплота сгорания топлива
p
н
Э
29,308
Q
=
p
н
Q
4.1 Цель занятия
Изучить особенности расчетов теплоты сгорания
твердого, газообразного и жидкого топлива. Овладеть навыками
определения вида топлива по величине теплоты сгорания.
4.2 Теоретические сведения
4.2.1 Тепловой эквивалент топлива
Топливо классифицируют по происхождению (природное,
искусственное), агрегатному состоянию (твердое, жидкое,
газообразное), применению (в быту, а промышленности, в
сельском хозяйстве, в автомобильном транспорте, ТЭЦ и т.д.).
Теплотой сгорания топлива (Qсг) называют количество
теплоты, выделяемое при полном сгорании единицы массы
топлива. Количество теплоты зависит от содержания горючей
массы в топливе. Теплоту сгорания твердого и жидкого топлива
относят к 1 кг массы и в системе СИ выражают в килоджоулях
на килограмм (кДж/кг) (в системе МКГСС – в килокалориях
на килограмм (ккал/кг)). Теплоту сгорания природного газа
относят к одному нормальному метру кубическому (1 нм3).
При разработке энергетических балансов, оценке
топливных ресурсов, составлении планов теплоснабжения,
нормировании и статистической отчетности виды топлива для
сравнения по теплоте сгорания приводят к единому тепловому
эквиваленту. Таким эквивалентом служит единица
топлива, имеющая расчетную теплоту сгорания 7000 ккал/кг
(29 308 кДж/кг). Для пересчета реальных топлив в условное
топливо используют тепловой эквивалент в кг у.т./кг
(таблице В.1):
условного
где
рального топлива, кДж/кг.
– удельная теплота сгорания единицы массы нату-
,
35
Если, например, ТЭЦ сожгла 1000 т бурого угля с
теплотворной способностью Qсг = 3500 ккал/кг, то это значит,
что использовали 500 т у.т.
Усредненные тепловые эквиваленты основных видов
топлива по России имеют следующие значения: для угля –
0,718; газа природного – 1,17 ÷ 1,2; нефти – 1,43; мазута – 1,3;
горючих сланцев – 0,353; торфа – 0,4; дров – 0,249.
4.2.2 Теплота сгорания твердого и жидкого
топлива
Различают твердое топливо нескольких видов: уголь,
торф, древесина, солома и др. (таблице В.1). Основным
твердым топливом является уголь. Угли разных марок
различаются по свойствам. Их классифицируют по маркам
и классам (таблице 4.1). Классификация угля – это условное
разделение углей по их свойствам, удовлетворяющим те или
иные потребности. Теплотворная способность угля зависит не
только от марки и класса, но и от месторождения, на котором он
добывается (таблице В.2).
Таблица 4.1 – Классификация угля
Марка угля Класс (фракция, мм)
А – антрацит
Б – бурый
Г – газовый
ГЖ – газовый жирный
Д – длиннопламенный
ДГ – длиннопламенный газовый
Ж – жирный
К – коксовый
КЖ – коксовый жирный
ОС – отощенный спекающийся
ПА – полуантрацит
СС – слабоспекающийся
Т – тощий
К – крупный уголь – 50 … 100 мм
М – мелкий уголь – 13 … 25 мм
О – орех – 26 … 50 мм
П – плитный уголь – более 100 мм
Р – рядовой уголь – не ограниченный размерами
С – семечко – 6 … 13 мм
Ш – штыб – менее 6 мм
Количество тепловой энергии, выделяющейся при полном
сгорании топлива, зависит от того, в каком состоянии (паровом
или жидком) находится влага (H
O) в продуктах сгорания.
2
Если водяной пар, образовавшийся из влаги топлива при его
сжигании, сконденсируется и влага в продуктах сгорания
36
будет находиться в жидком состоянии, то количество теплоты,
( )
вн
24, 62 8, 94Q Q HW=++
2
в н HO
.QQQ= +
( )
p p p pp p
н op к
339,13C 1035,94H 108,86 O S 24, ,62QW
+
= + − −−
выделившейся при сгорании топлива, будет больше на величину
теплоты конденсации водяных паров. Поэтому различают
высшую теплоту сгорания Qв топлива и низшую Qн, которые
связаны между собой зависимостью
или
Зная химический состав топлива, теплоту его сгорания,
кДж/кг, можно определить по формуле Д.И. Менделеева:
в которой содержание элементов выражается в процентах от
рабочей массы.
В твердом топливе сера присутствует в органическом
веществе (сера органическая Sор), а также входит в состав
горючих (сера колчеданная, или пиритная, Sк) и негорючих
(сера сульфатная S
) минеральных веществ. Содержание в
сфт
топливе горючей серы Sг = Sор + Sк.
Топливо в том виде, в каком оно добыто или поступает в
котельную, называют рабочим топливом. Его химический состав
выражают равенством
p p p pp p p
C +H +O +N +S + + 100%,AW=
оp+k
где С, Н, О, N, S, A, W – содержание углерода, водорода, кислорода, азота, серы, золы и влаги, выраженное в процентах, индекс «р» обозначает принадлежность параметра топлива
к рабочей массе.
Аналитическое состояние топлива характеризуется
подготовкой пробы, в которую включается размол пробы
топлива до крупности зерен менее 0,2 мм и приведение ее в
равновесие с условиями лабораторного помещения. Состав
аналитической пробы выражают равенством
a a a aa p p
C +H +O +N +S + + =100%.AW
оp+k
37
Если из аналитического топлива удалена внешняя и
( )
cp
p
C 100
С
100
W−
=
( )
cp
100
100
AW
p
100
100
W−
( )
pp
100 /100AW
−+
( )
pp
рг
100
С =С
100
AW−+
внутренняя влага (кроме гидратной), то сухая масса топлива
имеет следующий состав:
c c c ccс
C +H +O +N +S 100%.A+=
оp+k
Сухое беззольное состояние топлива – это условное
состояние топлива, не содержащего общей влаги и золы
(горючая масса). Состав горючей массы выражают равенством
г г г гг
C +H +O +N +S 100%.=
оp+k
Если из горючей массы выделить колчеданную серу,
оставшуюся массу топлива называют органической и выражают
равенством
о о о оо
C +H +O +N +S 100%.=
оp
Тогда рабочая масса углерода и золы составит
соответственно
Состав рабочей и сухой масс одного и того же топлива в
зависимости от условий добычи и погоды может колебаться в
достаточно широких пределах. Состав горючей массы топлива
постоянен. Поэтому его используют для проведения пересчета на
сухую и рабочую массы.
В 1 кг рабочей массы содержится
массы топлива, или в 1 кг рабочей массы содержится
Коэффициенты пересчета состава твердых топлив с одной
массы на другую представлены в табл. 4.2.
и
.
сухой
(кг) горючей массы топлива
.
38
Таблица 4.2 – Коэффициенты пересчета массы топлива
р
100
100 W−
рр
100
100 WA−−
р рр
100
100 SWA− −−
р
100
100
W−
с
100
100 А−
сс
100
100 SА−−
рр
100
100
WA−−
р
100
100
А−
г
100
100 S−
р рр
100 S
100
WA− −−
рс
100 S
100
W−−
г
100 S
100
−
p p p pp p p
C + H + O + N + S 100³AW++ =
( )
2
HS
Q
CO
Q
Задан-
ная
масса
Рабо-
чая
Сухая
Горю-
чая
Органиче-
ская
рабочая сухая горючая органическая
1
Искомая масса
1
1
1
После пересчета должно быть выполнено условие:
%.
4.2.3 Теплота сгорания газообразного топлива
Газообразное топливо представляет собой смесь горючих и
негорючих газов, содержащую некоторое количество примесей.
Состав газообразного топлива выражают в процентах
компонентных составляющих по объему, и все расчеты относят
к одному кубическому метру сухого газа при нормальных
условиях. Основными компонентами горючих газов являются
предельные углеводороды CnH
Н2 и некоторое количество негорючих газов и паров воды.
В связи с тем, что объем газа значительно изменяется
при изменении температуры и давления, за единицу измерения
количества газа принят 1 м3 газа при давлении 101,325 кПа
и температуре 273 К. Эти параметры газов называются
нормальными или стандартными – в этом случае к обозначению
размерности добавляется буква «н» (нм3).
Теплота сгорания газообразного топлива, МДж/нм3,
может быть подсчитана по его составу
, окись углерода СО, водород
n+2
0,01 H S CO H C H ,
Q Q QQ Q
= +⋅ ⋅⋅+ +∑
н H S 2 CO H 2 C H
где
22
;
и т.д. – теплота сгорания отдельных газов,
входящих в состав газообразного топлива, МДж/нм
39
mn
·
mn
3
.
Примечание. Теплота сгорания, МДж/нм3, составляющих
г
оp к
S 4,2
+
=
( )
( )
−+
р
³C 75,5 0,7134 53,862³%=⋅=
р
H 5,5 0,7134 3,924³%=⋅=
р
оp к
S 4,2 0,7134 2,996³%
+
=⋅=
р
O 13,2 0,7134 9,417³%=⋅=
р
N 1,6 0,7134 1,14³%=⋅=
компонентов: Н2 (водород) – 10,83; СО (окись углерода) – 12,68;
H2S (сероводород) – 23,46; СН4 (метан) – 35,93; C2H6 (этан)
– 63,95; C3H8 (пропан) – 91,54; C4H10 (бутан) – 119,02; С5Н12
(пентан) – 146,54; С2Н4 (этилен) – 59,25; С3Н6 (пропилен) –
86,27; С4Н8 (бутилен) – 113,87.
4.2.4 Примеры решений и задачи
для самостоятельной работы
Пример 4.1
Определить состав рабочей массы твердого топлива,
содержание горючей массы которого: С
%; О
г
= 13,2 %; N
г
= 1,6 %; А
Для заданного состава топлива вычислить низшую теплоту
сгорания; определить возможный вид топлива, его количество
для получения 1 кВт∙ч электроэнергии.
Решение
1 Горючая масса топлива:
г г г гг
C +H +O +N +S 75,5 5,5 13,2 1,6 4,2 100%.= ++ ++=
оp+к
2 Рабочий состав золы:
г
= 75,5 %; Н
с
= 18 %; W
г
= 5,5 %;
р
= 13%.
p
A
= = =
3 Коэффициент пересчета для элементов горючей массы
топлива по табл. 2.1:
100
K
= = =
4 Рабочая масса элементов горючего топлива:
c
100
AW
p
−
18 100 13
100 100
pp
WA
−−
100 15,66 13
100 100
.
40
−
( )
;
;
15,66%.
0,7134.
;
;
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]