Контрольные вопросы по теме ”Тепловые загрязнения”

1. Что представляет собой энергия процесса горения?

2. Что характеризует теплота сгорания вещества?Единицы именно эту величину измерения. Почему для сравнения теплотворной способности различных видов топлива используют?

3. Что называют молярной теплотой сгорания? Единицы измерения. Почему для сравнения теплотворной способности различных видов топ-лива используют именно эту величину?

4. Каковы причины больших выбросов тепла в окружающую среду?

5. Каковы последствия тепловых загрязнений окружающей среды

6. Как решаются в этом плане вопросы экологии и энергосбережения?

Примеры расчетов

Задача 1.При сжигании какого количества бензина, считая, что октанC₈H₁₈является основным его компонентом, выделяется 132000 КДж тепла? Если КПД автомобиля равен 25%, то сколько тепловой энергии теряется на каждом кг сожженного бензина?

Решение.

1. Находим массу бензина, при сгорании которого выделяется 132000КДж тепла. Молярная теплота сгорания октана равна 5450 КДж. Молярная масса октана М = 114 г\моль.

Составляем пропорцию:

114 - 5450 КДж

x- 132000 КДЖ

x= 2761 = 2,7 кг

2. Определим количество тепловой энергии, которая теряется при сжигании бензина. Так как КПД автомобиля составляет 25%, то 75% составляют потери, что соответствует132000 КДж ^.0,75 = 99000 КДж.

3. Потеря тепловой энергии в расчете на 1 кг сгоревшего топлива равна

Задача 2.В качестве экологически чистого топлива химиками предлагается водород взамен бензина. Ответ обосновать расчетами. Теплота сгорания водорода равна 121 КДж\г, бензина - 47,8 КДж.

Решение.

Чтобы оценить рациональность использования водорода взамен бензина надо вычислить их молярные теплоты сгорания и сравнить их значения. Молярная теплота сгорания водорода равна

121 КДж\г ^.2г\моль = 242 КДж\моль М(H₂)=2 г/моль

Молярная теплота сгорания октана равна 47,8 кДж/г114г/моль М=114г/моль

Следовательно, при сгорании одинакового количества водорода и октана (бензина) в последнем случае выделяется в атмосферу тепловой энергии больше в 22,5 раз (5449242=22,5)

Задача 3.При сгорании 1мприродного газа выделяется 36000 кДж тепла. Какой будет расход газа, чтобы можно было нагреть 600 л воды на 50, если КПД нагревателя составляет 80%.

Решение:

1. Находим количество тепловой энергии, поглощенной 600л (600кг) воды по формуле

q=mCt

q= 6004,1850 = 125400кДж

2. Определим количество тепла, выделенное при сгорании природного газа, с учетом КПД нагревателя 80% из пропорции

125400кДж - 80%

x- 100%x= 156750кДж

3. Рассчитаем необходимый объем природного газа для получения такого количества тепла

1м- 36000 кДж

x- 156750 кДжx= 4,4м

Задача 4.Кузнечную нагревательную печь отапливают природным газом с теплотой сгорания 35600 кДж/м, который сжигают с коэффициентом избытка воздухаn= 1,1. Температура уходящих из рабочего пространства печи дымовых газовt= 1200С. Установлен рекуператор, в котором воздух подогрева до 300С. Рассчитать степень рекуперации теплоты и экономию топлива. Величина экономии топлива зависит от теплоты его сгорания и различных температурных условий работы нагревательной печи. Ее можно рассчитать по формуле, которая выведена на основании сопоставления теплового баланса печи с рекуператором и без него:

Решение:

 100% (1),

где - теплота сгорания топлива, КДж /кг или КДж/м³.

Q_в- теплота подогрева воздуха, отнесенная к единице массы или объема топлива, КДж/кг или КДж/м³.

Q_g- теплота уходящих из печи дымовых газов, отнесенное к единице массы или объема топлива, КДж/кг или КДж/м³.

Значения Q_виQg- рассчитываются по формулам (2) и (3):

(2)

L_n=l_оn, гдеL_n- объем воздуха в м³, приходящийся на 1 м³

газообразного или на 1 кг жидкого топлива

l_о- теоретический объем воздуха (приложение)

n- коэффициент избытка воздуха

с_в- удельная теплоемкость воздуха, КДж/м^3оС

t_в- температура воздуха в^оС

(3)

v_n=v_о+l_о(n- 1) , гдеv_n- объем дымовых газов на 1 м³топлива

v_о- теоретический объем дымовых газов

(приложение)

t_g- температура газа

с_g - удельная теплоемкость дымовых газов

Степень рекуперации теплоты - отношение теплоты подогретого воздуха к теплоте уходящих из печи дымовых газов.

Ее определяют по формуле (4):

(4)

Решение:

1. Рассчитаем теплоту подогретого воздуха Q_впо формуле (2)

Q_в=L_nt_вс_в=l_оnt_вс_в= 4094,6 КДж/м³

l_о= 9,4 м³/м³(приложение 2)

n= 1,1

t_в= 300⁰С

с_в= 1,32 КДж/м³с

2. Определим теплоту уходящих из печи дымовых газов Q_gпо

формуле (3)

v₀= 10,40 м³/м³(приложение № 2)

t_g = 1200 ⁰C

c_g = 1,55КДж/м³⁰С

3. Величину экономии топлива находим по формуле (1)

- теплота сгорания природного газа

4. Степень рекуперации теплоты определяют по формуле (4):

= 4094,6 / 21092,4 = 19,4 %.

Таким образом, 19,4 % теплоты уходящих из печи дымовых газов используется для нагрева в рекуператоре воздуха, поступающего в печь. Теплота подогрева воздуха дополнительно вносится в печь для сжигания, следствием чего и является экономия топлива 22 %.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Журавлев В.П., Серпокрылов Н.С., Пушенко С.П. Охрана окружающей среды в строительстве. М.: Изд-во АСВ, М 1995.

2. Тебеньков Б. П. Рекуператоры для промышленных печей. - М.: “Металлургия”, 1975.