Алгоритм расчета температуры горения

1. Рассчитать суммарный объем продуктов горения и отдельно объем каждого компонента продуктов горения.

V_ПГ^пр = V(CO₂) + V(H₂O) + V(N₂) + V(SO₂) + V_возд

Расчет объема продуктов горения выполняется в зависимости от характера горючего вещества (индивидуальное вещество, смесь газов или вещество сложного элементного состава

Для индивидуальных веществ можно также определять количество продуктов горения в молях (коэффициенты в уравнении реакции горения).

2. Рассчитать низшую теплоту сгорания вещества.

Для индивидуальных веществ расчет выполняется по Iследствию закона Гесса (при наличии табличных значений энтальпий образования).

По формуле Д.И. Менделеева (4) расчет Q_нможет быть выполнен как для веществ с известным элементным составом, так и для индивидуальных веществ.

Для газовых смесей Q_нрассчитывается по формулам (5) и (6).

3. Если по условию задачи есть теплопотери (), то рассчитывается количество тепла, пошедшего на нагрев продуктов горенияQ_ПГ

Q_ПГ = Q_н (1 – ), кДж/кг или кДж/м³ (9)

4. Находим среднее теплосодержание продуктов горения Q_ср

при отсутствии теплопотерь ()

Q_ср = , кДж/м³(10)

при наличии теплопотерь

Q_ср = , кДж/м³(11)

5. По значению Q_срс помощьютаблиц приложений 3 и 4(“Теплосодержание газов при постоянном давлении”),ориентируясь на азот , приближенно определяем температуру горения Т₁.

При подборе температуры горения ориентируются на азот, т.к. в большей степени продукты горения состоят именно из азота. Однако, поскольку теплосодержание углекислого газа и паров воды выше, чем у азота, то их присутствие в продуктах горения несколько понижает температуру горения, поэтому ее нужно принимать несколько ниже (на 100-200⁰С), чем по азоту.

6. Рассчитываем теплосодержание продуктов горения при выбранной температуре Т₁:

(12)

где

Q¹(CO₂), Q¹(H₂O), Q¹(N₂), Q¹(SO₂), Q¹(возд)– табличные значения теплосодержания газов

при выбранной температуре Т₁.

7. Сравниваем Q¹_ПГ сQ_н илиQ_ПГ, рассчитанных по п.2 или п.3.

Если Q¹_ПГ <Q_н (Q_ПГ), то выбираем температуру Т₂ > Т₁на 100⁰С;

если Q¹_ПГ >Q_н (Q_ПГ), то выбираем температуру Т₂ < Т₁на 100⁰С .

8. Повторяем расчет теплосодержания продуктов горения при новой температуре Т₂:

9. Расчет проводим до получения неравенства:

Q¹_ПГ <Q_н (Q_ПГ) < Q²_ПГ , где

Q¹_ПГ и Q²_ПГ– теплосодержание продуктов горения при температурах Т₁и Т₂,

отличающихся на 100⁰С.

10. Интерполяцией определяем температуру горения Т_Г:

Т_Г = Т₁+ (13)

Если потери тепла не учитывались, то получаем адиабатическую температуру горения, а если учитывались, то действительную температуру горения вещества.

Расчет действительной температуры горения индивидуального вещества

Пример 4.Вычислить действительную температуру горения анилинаС6Н5NH2, если потери тепла излучением составляют 20 %, а горение протекает с коэффициентом избытка воздуха 1,1.

1. Составляем уравнение реакции горения анилина:

С₆Н₅NH₂ + 7,75(O₂ + 3,76 N₂) = 6 CO₂ + 3,5 H₂O + 7,753,76 N₂ + 0,5 N₂

По уравнению реакции горения определяем число моль продуктов горения и число моль избытка воздуха:

n_в^теор= 7,754,76 = 36,89 моль

n_в=n_в^теор(–1) = 36,89 (1,1 – 1) = 3,689 моль

n_пг^пр=n(СО₂)+n(Н₂О)n(N₂)+n(V_в) = 6 + 3,5 + 7,753,76 + 0,5 + 3,689 = 42,829 моль

2. Теплота горения анилина по справочным данным [ ]составляет

Q_гор= 3484, кДж/моль = 3484000 Дж/моль

3. По условию задачи теплопотери составляют 20 %, следовательно, = 0,2.

Q_ПГ= 348400 (1 – 0,2) = 2787200 Дж/моль

4. Определяем среднее теплосодержание продуктов горения:

Q_ср = 65077,4 кДж

5. По таблице приложения 3, ориентируясь на азот, определяем Т₁= 1800⁰С

6. Рассчитываем теплосодержание продуктов горения при 1800⁰С.

Q_ПГ¹⁸⁰⁰= 96579,56 + 77598,83,5 + 59539,97,753,76 + 660003,689 = 2859312,7 кДж

7. Q_ПГ¹⁸⁰⁰= 2859312,7 >Q_ПГ = 2787200 , следовательно, выбираем Т₂= 1700⁰С

8. Рассчитываем теплосодержание продуктов горения при 1700⁰С.

Q_ПГ¹⁷⁰⁰= 90545,96 + 72445,13,5 + 55936,57,753,76 + 56397,43,689=2662844,5 кДж

Q_ПГ¹⁷⁰⁰= 2662844,5 <Q_ПГ = 2787200, следовательно температура горения находится в интервале от 1700 до 1800⁰С.

9. Рассчитываем температуру горения:

Т_Г =1700 + = 1763⁰С = 2036 К

Расчет действительной температуры горения сложного вещества с известным элементным составом

Пример 5.Вычислить действительную температуру горения горючего сланца следующего состава: С – 35 %, Н – 5 %, О – 10 %, S– 4 %,N– 1 %,W– 15 %, зола – 30 %. Потери тепла излучением составляют 10 %, а горение протекает с коэффициентом избытка воздуха 1,2.Условия нормальные.

1. По формулам (3.9) – (3.12) определяем объем каждого компонента продуктов горения 1 кг горючего сланца.

V(СО₂) = = 0,651 м³

V(H₂O) = = 0,746 м³

V(SО₂) = = 0,028 м³

V(N₂) = = 3,455 м³

V_ПГ= 0,651 + 0,746 + 0,028 + 3,455 = 4,88 м³

2. Горение протекает с коэффициентом избытка воздуха 1,2, следовательно, в состав продуктов горения будет входить избыточный воздух.

По формуле (3.8) определяем теоретический объем воздуха, необходимый для горения данной массы образца угля:

V_в^теор== 4,28 м³

Избыток воздуха определим по формуле (3.4):

V_в=V_в^теор(1) = 4,28(1,2 – 1) = 0,856 м³

С учетом избытка воздуха практический объем продуктов горения составит:

V_ПГ^*=V_ПГ +V_в= 4,88 + 0,856 = 5,736 м³

3. Рассчитываем Q_нпо формуле Д.И. Менделеева.

Q_н= 339,435 + 12575 – 108,9(10 + 1 – 4) – 25,1(95 + 15) = 15881,7 кДж/кг

4. С учетом теплопотерь определяем теплосодержание продуктов горения:

Q_ПГ= 15881,7 (1,1 – 1) = 14293,53 кДж/кг

5. Определяем среднее теплосодержание продуктов горения:

Q_ср = 2480,22 кДж/м³

По таблице приложения 4, ориентируясь на азот, определяем Т₁= 1500⁰С.

6. Определяем теплосодержание продуктов горения при 1500⁰С:

Q_ПГ¹⁵⁰⁰= 3505,70,651 + 2781,30,746 + 2176,73,455 + 3488,20,028 + 2194,70,856 =

= 13853,889 кДж

7. Q_ПГ¹⁵⁰⁰= 13853,889 <Q_ПГ= 14293,53, следовательно, выбираем Т₂= 1600⁰С.

8. Определяем теплосодержание продуктов горения при 1600⁰С:

Q_ПГ¹⁶⁰⁰= 3771,40,651 + 3004,20,746 + 2335,53,455 + 3747,50,028 + 2355,20,856 =

= 14886,44 кДж

9. Q_ПГ¹⁶⁰⁰= 14886,44 >Q_ПГ= 14293,53, следовательно, температура горения вещества находится в интервале от 1500 до 1600⁰С.

10. Определяем температуру горения:

Т_Г =1500 + = 1556⁰С = 1829 К

После рассмотрения методики решения задач на расчет температуры горения обучающиеся выполняют индивидуальную работу под контролем преподавателя по заранее выданным заданиям.

ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ (12 мин.)

Преподаватель подводит итоги занятия. По результатам работы курсантов (студентов) и проведенного опроса он определяет степень усвоения материала и предварительно оценивает работу каждого из обучающихся.

Курсантам (студентам), сдавшим работы в ходе занятия, по результатам их проверки и предварительных итогов преподаватель объявляет окончательную оценку. Остальным слушателям (курсантам) преподаватель объявляет, что оценки будут доведены после проверки работ, и ставит задачу дежурному собрать разработанные документы и литературу; дает задание курсантам (студентам) на самостоятельную работу

Задание на самоподготовку (обучающиеся переписывают его в тетрадь).