ПРЕДИСЛОВИЕ

Третье издание сборника задач соответствует программе кур­са «Теплотехника» и предназначено в качестве учебного пособия для студентов неэнергетических специальностей высших учебных заведений.

В курсе теплотехники изучаются методы получения и преоб­разования теплоты, а также принципы действия и конструктив­ные особенности теплоэнергетических установок. Задачей этого курса является подготовка специалистов, владеющих навыками грамотной эксплуатации теплоэнергетического оборудования.

Теплоэнергетические установки, потребляющие около 1,2 млрд. т условного топлива в год, широко применяются в про­мышленности, на транспорте и в сельском хозяйстве. Экономия и рациональное использование топливно-энергетических ресур­сов страны, защита окружающей среды от загрязнения — важ­нейшие народнохозяйственные задачи.

Пособие содержит кроме задач основные расчетные формулы и пояснения к ним. К задачам даны ответы, а часть наиболее характерных и сложных задач снабжена подробными решениями. Приведен необходимый для решения задач справочный матери­ал. При составлении задач использована Международная систе­ма единиц (СИ).

Девятая глава написана совместно с проф. A. A. Шейпаком.

Глава 1

ТВЕРДЫЕ, ЖИДКИЕ И ГАЗООБРАЗНЫЕ ТОПЛИВА

§ 1.1. Состав топлива

Твердые и жидкие топлива состоят из горючих (углерода — С, водорода — Н, летучей серы — S_л=S_ор+S_к и негорючих (азо­та — N и кислорода — О) элементов и балласта (золы — А, влаги —W).

Газообразные топлива состоят из горючих (СО, Н₂, СН₄, С_mН_n) и негорючих (N₂, O₂, СО₂) газов и небольшого количества водя­ного пара (Н₂О).

При изучении характеристик твердых и жидких топлив и их состава различают рабочую, горючую и сухую массу. Сос­тав рабочей, горючей и сухой массы обозначается соответствен­но индексами «р», «г» и «с» и выражается следующими равенст­вами:

C^p + H^p + S+N^p + O^p + A^p + W^p =100%; (1.1)

C^г + H^г + S+N^г + O^г =100%; (1.2)

C^c + H^c + S+N^c + O^c + А^c=100%. (1.3)

В формулах (1.1), (1.2), (1.3) содержание элементов дано в про­центах на 1 кг топлива. Коэффициенты пересчета состава топ­лива из одной массы в другую приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Заданная масса топлива	Коэффициенты пересчета на массу
	рабочую	горючую	сухую
Рабочая	1
Горючая		1
Сухая			1

Для сланцев состава (С^р, Н^р, S, N^p, О^р, А^р, W^р) пересчет с рабочей массы на горючую осуществляется с помощью коэф­фициента

(1.4)

где А— истинная зольность рабочей массы, %; W^p — влаж­ность рабочей массы, %; (СО₂) — содержание углекислоты карбонатов, %.

Истинная зольность рабочей массы определяется по формуле

(1.5)

где S — содержание серы в лабораторной золе в процентах к массе топлива; S — содержание сульфатной серы в топливе, %.

Величина для ленинградских и эстонс­ких сланцев может быть принята равной 2,0, для кашпирских — 4,1.

Пересчет состава (%) рабочей массы топлива при изменении влажности проводится по формулам

(1.6)

где W — начальная влажность топлива, %, W — конечная вла­жность топлива, %.

Средний состав (%) смеси двух твердых или жидких топлив, заданных массовыми долями, — первого (С, %; Н, %, ...) и второго (С, %; Н, %, ...) — определяется по уравнениям:

(1.7)

где массовая доля b₁ одного из топлив в смеси находится по формуле

b₁=B₁/(B₁+B₂). (1.8)

Здесь В₁ и В₂ — массы топлив, входящих в смесь, кг.

Задача 1.1. Определить состав рабочей массы челябинского угля марки БЗ, если состав его горючей массы: С^г = 71,1%; H^г = 5,3%; ;N^г = l,7%; O^г=20,0%; зольность сухой массы А^с=36% и влажность рабочая W^p = 18,0%.

Решение: Пользуясь коэффициентами пересчета (табл. 1.1), определяем зольность рабочей массы топлива

и находим состав рабочей массы топлива:

Для проверки точности вычислений найдем сумму составля­ющих элементов рабочей массы топлива:

С^р + Н^р + S + N^p + O^p + A^p+W^p = 37,3 + 2,8 + 1,0 + 0,9+ 10,5 + + 29,5 + 18,0=100%.

Задача 1.2. Определить состав горючей массы кизеловского угля марки Г, если состав его рабочей массы: С^p=48,5%; Н^р = 3,6%; S=6,1%; N^p = 0,8%; О^р = 40%; зольность сухой мас­сы A^с=33,0% и влажность рабочая W^p=6,0%.

Ответ: C^г=77%; Н^г=5,7%; S = 9,7%; N^г=l,3%; О^г=6,3%.

Задача 1.3. Определить состав рабочей массы кузнецкого уг­ля марки Д, если состав его горючей массы: С^г=78,5%; H^г = 5,6%; S = 0,4%; N^г=2,5%; О^г=13,0%; зольность сухой мас­сы А^с= 15,0% и влажность рабочая W^р = 12,0%.

Ответ: A^р=U,2%; C^р = 58,7%; Н^р = 4,2%; S=0,3%; N^p =1,9%;O^р= 9,7%.

Задача 1.4. Определить состав рабочей массы ленинградских сланцев, если состав их горючей массы C^г74,0%; H^г=9,5%; S=6,l%; N^г=0,4%; О^г=10,0%; А^р=46,0%; W^p = 11,5% и(СО₂)^р=16,4%.

Решение: Истинную зольность рабочей массы топлива опре­деляем по формуле (1.5):

По формуле (1.4) находим коэффициент пересчета состава топлива с горючей массы на рабочую

Тогда

С^p=C^гК=74,0·0,279=20,6%;

Н^р= Н^гК= 9,5·0,279 = 2,7%;

S=SК=6,1·0,279 = 1,7%;

N^p = N^гК= 0,4·0,279 = 0,1 %;

О^р = О^гК= 10,0·0,279 = 2,8%.

Проверим точность вычислений:

C^p+H^p+S+N^p+O^p+А+W^p+(CO₂)=20,6+2,7+1,7+ 0,1+2,8+44,2+11,5+16,4=100%.

Задача 1.5. Определить состав горючей массы эстонских сла­нцев, если состав их рабочей массы: С^р=24,1%; Н^р= 3,1%; S=1,6%; N^p=0,l%; O^p= 3,7%; A=40,0%; W^p= 13,0% и (CO₂) = 14,4%.

Ответ: С^г= 74,0%; Н^г= 9,5%; S=4,9%; N^г= 0,3%; О^г= 11,3%.

Задача 1.6. В мельнице-вентиляторе подсушивается подмо­сковный уголь марки Б2 состава: С= 28,7%; Н= 2,2%; (S)₁=2,7%; N= 0,6%; O= 8,6%; А= 25,2%; W=32%. Определить состав рабочей массы подсушенного топлива, если известно, что влажность топлива после подсушки W= 15%.

Ответ: С= 35,9%; H= 2,7%; (S)₂=3,4%; N= 0,7%; O=10,8%; A= 31,5%.

Задача 1.7. В топке котла сжигается смесь, состоящая из 3·10³ кг донецкого угля марки Д состава: С= 49,3%; H= 3,6%; (S)₁= 3,0%; N= l,0%; О= 8,3%; А= 21,8%; W= 13,0% и 4,5·10³ кг донецкого угля марки Г состава: С= 55,2%; H= 3,8%; (S)₂=3,2%; N= 1,0%; O= 5,8%; А=23,0%; W= 8,0%. Определить состав рабочей смеси.

Решение: Массовую долю одного из топлив в смеси опреде­ляем по формуле (1.8):

b₁=B₁/(B₁+В₂) = 3000/(3000+4500)=0,4.

Состав рабочей смеси находим, пользуясь уравнениями (1.7):

C=b₁C+(l-b₁)C= 0,4·49,3 + 0,6·55,2=52,8%;

H=b₁H+(l-b₁)H= 0,4·3,6 + 0,6·3,8 = 3,7%;

S_cм=b₁S₁+(l-b₁)S₂=0,4·3,0 + 0,6·3,2 = 3)1%;

N=b₁N+(l-b₁)N=0,4·1,0+0,6·1,0 = 1,0%;

O=b₁O+(l-b₁)O= 0,4·8,3 + 0,6·5,8 = 6,8%;

A=b₁A+(l-b₁)A= 0,4·21,8 + 0,6·23 = 22,6%;

W=b₁W+(l-b₁)W=0,4·13,0 + 0,6·8,0 = 10,0%.

Проверим точность вычислений: C+H+S_cм+N+O+A+W=52,8+3,7+3,1+1,0+6,8+22,6+10,0=100%.

Задача 1.8. В топке котла сжигается смесь, состоящая из 800 кг кузнецкого угля марки Д состава: С= 58,7%; Н= 4,2%; (S)₁ = 0,3%; N= l,9%; О= 9,7%; A=13,2%; W=12,0% и 1200 кг кузнецкого угля марки Г состава: С=66,0%; Н=4,7%; (S)₂=0,5%; N=1,8%; O= 7,5%; А= 11,0%; W= 8,5%. Определить состав рабочей смеси.

Ответ: C=63,1%; H=4,5%; S_cм =0,4%; N=1,8%; O=8,4%; А=11,9%; W=9,9%.