Методические указания и задание для контрольной работы по курсу: «Топливо и теория горения»

ВВЕДЕНИЕ

Руководство Республики Беларусь постоянно обращает внимание на хозяйственное использование местных видов топлива, природного газа, нефти, тепловой и электрической энергии. Это требует широкого внедрения энергосберегающих технологий, улучшения нормативов, использования материальных и моральных стимулов в борьбе за экономию, более строгого спроса за превышение норм и лимитов, за перерасход.

Все эти идеи положены в основу энергетической программы на 2006-2060 гг. на длительную перспективу, которая исходит из предварительных расчетов развития экономики и определяет научно-обоснованные принципы, главные направления и важнейшие мероприятия по расширению энергетической базы и дальнейшему качественному совершенствованию топливно-энергетического комплекса страны.

Назначение любого топливосжигающего устройства заключается в превращении химической энергии топлива в теплоту продуктов сгорания, которая затем используется для получения пара или горячей воды в котельных установках, для нагрева металла в промышленных печах, сушки изделий в сушильных установках, в качестве рабочего тела в газовых турбинах и т.д.

Основной процесс горения топлива в топочной камере – это химические реакции его горючих элементов с кислородом, протекающие в сложных условиях в сочетании с рядом физических процессов, накладывающихся на химические реакции.

Одной из основных задач теории горения является изучение роли физических процессов (тепло- и массообмена, аэродинамического, теплового и воздушного режимов топочной камеры) в протекании химических реакций горения для организации указанных процессов таким образом, чтобы они благоприятствовали протеканию реакций горения и топочного процесса в целом.

За последние 30-40 лет теория горения получила широкое развитие и превратилась в самостоятельную науку. В теории горения и топочных процессов значительный вклад внесен работами академиков Н.И. Семенова, Л.Н. Хитрина, проф. Д.А. Франк-Каменецкого, Г.Ф. Кнорре, Б.В. Канторовича, В.В. Померанцева, А.А. Вулиса и др.

При изучении каждой темы курса следует знакомиться с методическими указаниями по курсу, так как материал учебника не всегда полностью отвечает требованиям программы и ряд вопросов приходится изучать по дополнительной литературе.

Заканчивать изучение отдельных тем надо проверкой своих знаний по вопросам для самопроверки, после чего можно приступать к выполнению контрольных заданий.

Содержание курса «Топливо и теория горения»

Тема 1. Виды и теплотехнические характеристики топлива.

Определение понятия «топливо». Общая классификация топлива, виды топлива и их происхождение. Энергетическое и технологическое топливо.

Определение понятия «горение».

Основные виды промышленного топлива. Происхождение и физические свойства ископаемого твердого топлива. Торф. Бурые угли. Каменные угли и антрациты. Горючие сланцы. Краткие сведения об искусственном твердом топливе. Древесный уголь. Полукокс. Каменно-угольный кокс.

Нефть и ее происхождение. Краткие сведения о транспортировке и переработке нефти. Получение топочных мазутов. Маркировка мазутов. Основные показатели мазутов, нормируемые ГОСТом. Температуры кипения и застывания, вспышки и воспламенения. Газообразное топливо. Природные и попутные газы, их добыча, транспортировка и применение. Искусственные горючие газы, источники их получения и применения. Структура газового баланса РБ и перспективы его развития. Энергетическая спецификация горючих газов.

Состав и теплотехническая характеристика топлива. Понятие о химическом и элементарном составе топлива. Формулы пересчета состава с одной массы на другую. Рабочая, сухая, горючая и органическая массы топлива. Теплотехнические характеристики основных элементов, входящих в состав органического топлива. Влага и минеральные примеси топлива, их влияние на технологические и теплотехнические свойства топлива. Термическая стойкость топлива. Летучие вещества и кокс.

Понятие о теплоте сгорания. Высшая и низшая теплота сгорания. Расчетные и экспериментальные методы определения теплоты сгорания. Формулы пересчета теплоты сгорания с одной массы топлива на другую. Условное топливо.

Основные термохимические уравнения полного и неполного горения элементов, входящих в состав топлива. Определение расхода кислорода, воздуха и выхода продуктов полного сгорания топлива при переменных концентрациях кислорода в дутье. Теоретический и действительный коэффициент избытка воздуха. Равновесный состав и выход продуктов полного горения. Основное уравнение горения. Топливная характеристика. Максимальная концентрация углекислоты в дымовых газах. Определение коэффициента избытка воздуха по составу продуктов сгорания. Теплоемкость и энтальпия воздуха, топлива и продуктов сгорания – диаграмма «Энтальпия – температура».

Тема 2. Основные положения теории горения.

Тепловые эффекты химических реакций. Понятие теплового эффекта реакции. Экзотермические и эндотермические реакции. Зависимость теплового эффекта от давления. Законы Гесса и Кирхгофа и их практическое значение.

Кинетика реакций горения. Концентрация реагирующих веществ и способы их выражения. Понятие о скорости химической реакции. Молекулярность и порядок реакции. Закон Арениуса. Цепные реакции горения (горение водорода).

Химическое равновесие. Равновесие обратимых реакций. Константа равновесия и ее практическое значение. Определение равновесного состава продуктов реакции. Принцип смещения равновесия. Влияние температуры и давления на положение равновесия. Процессы смесеобразования. Роль смесеобразования в процессах горения. Молекулярная и турбулентная диффузия.

Смесеобразование в струях. Роль адсорбции при горении твердого топлива. Кинетическая промежуточная и диффузионная области реагирования. Роль катализаторов в процессах горения.

Воспламенение и распространение пламени. Самовоспламенение и зажигание. Тепловая теория самовоспламенения горючих смесей. Температуры воспламенения и самовоспламенения. Самовоспламенение твердого топлива. Вынужденное воспламенение. Источники зажигания. Концентрационные границы зажигания. Влияние на них инертных и активных примесей, начального давления и температуры.

Распространение пламени в газовых смесях. Нормальное горение и нормальная скорость распространения пламени. Массовая скорость горения. Скорость распространения пламени. Закон косинуса. Влияние скорости, давления и температуры горючей смеси на скорость нормального распространения пламени. Методика расчета нормальной скорости распространения пламени.