Статьи прихода и расхода в материальном балансе горения топлива

Приходные статьи материального баланса складываются из массы топлива и массы воздуха:

В случае применения газообразного топлива определяют (в кг) как сумму масс составляющих газа:

Где – объём -й составляющей газа, ; – относительная молекулярная масса составляющей.

Так же определяют массу воздуха (в кг):

Расходные статьи материального баланса определяют (в кг) по формуле:

Где – объём -й составляющей газообразных продуктов горения, ; – относительная молекулярная масса составляющей; – масса золы, (в случае газообразного топлива ).

Затем определяют массовую долю отдельных компонентов в продуктах горения. Полученные данные сводят в таблицы.

Приход воздуха

Приход газа

Таблица 1.4

Составляющая	CO	H2	CH4	C2H6	CO2	O2	N­2	H2S	Воздух
									O2	N­2
Относительная молекулярная масса	28	2	16	30	44	32	28	34	32	28	292
Объём,	27,35	14,71	2,35	0,39	8,14	0,20	44,84	0,06	27,2	102,33	227,57
Масса,	34,19	1,31	1,68	0,52	15,99	0,29	56,05	0,09	42,74	140,7	293,56

Расход газа

Таблица 1.5

Составляющая	CO2	H2O	SO2	N­2	O2
Относительная молекулярная масса	44	18	64	28	32	186
Объём,	38,62	20,64	0,06	157,40	2,72	211,3
Масса,	75,86	16,59	0,17	196,25	3,89	292,76
Масса,	25,91%	5,67%	0,06%	67,03%	1,33%	100%

Проверка материального баланса горения

Если неравенство не удовлетворяется, то расчёт горения произведён неверно и его необходимо повторить.

Следующий этап расчёта горения топлива – определение калориметрической температуры.

г) Определяем калориметрическую температуру горения.

Калориметрическая температура горения топлива – это температура, которой достигают продукты горения в том случае, если всё тепло, выделяющееся при полном сгорании топлива, идёт на их нагрев.

Где – калориметрическая температура, ;

– масса продуктов горения, образующихся при сгорании единицы массы топлива, ;

– средняя массовая теплоёмкость продуктов горения в интервале температур ,

– располагаемое тепло продуктов горения, образующихся при сгорании единицы массы топлива,

Здесь – низшая теплотворная способность топлива, или ;

– начальное теплосодержание единицы топлива, или ;

– начальное теплосодержание воздуха, необходимого для сгорания единицы топлива, или .

Теплотворная способность топлива

Начальное теплосодержание топлива

Где – температура газа, поступающего на сжигание, ;

– удельная объёмная теплоёмкость сжигаемого газа при температуре ,

Здесь – удельная массовая теплоёмкость -й составляющей топлива при температуре , ;

– содержание этой составляющей, в массовых долях;

– плотность данной составляющей при температуре и нормальном давлении,

Таблица 1.6

Составляющая	CO	H2	CH4	C2H6	CO2	O2	N2	H2S	Cг
С,	1,0584	14,5043	2,8068	2,4899	0,9927	0,9630	1,0517	1,5617	-
V,	27,35	14,71	2,35	0,39	8,14	0,20	44,84	0,06	-
,	1,2500	0,0898	0,7168	1,3560	1,9768	1,4289	1,2505	1,5392	-
	0,3618	0,1916	0,0473	0,0132	0,1597	0,2752	0,5897	0,0014	1,6399

Начальное теплосодержание воздуха, необходимого для сжигания единицы топлива, рассчитывают по формуле

Где – температура воздуха, подаваемого на горение, ;

– удельная массовая теплоёмкость воздуха при температуре ,

- плотность воздуха при нормальных условиях,

Поскольку средняя массовая теплоёмкость продуктов горения зависит от температуры, что не позволяет сразу определить по формуле, то для нахождения калориметрической температуры горения топлива необходимо вычислить теплосодержание продуктов сгорания при различных температурах – температуре горения и двух других, отличающихся не более, чем на .

Теплосодержание продуктов горения при :

Где – масса продуктов горения единицы топлива.

Теплосодержание продуктов горения ( в продуктов горения) при любой температуре, измеренной в :

Где – удельная массовая теплоёмкость -й составляющей продуктов горения при температуре ,

– содержание -й составляющей в продуктах горения при температуре , в массовых долях.

Калориметрическая температура определяется по формуле линейной интерполяции:

Где и – теплосодержание продуктов горения при температурах и .

Если удовлетворяется равенство , то калориметрическая температура определена с достаточной точностью. В противном случае необходимо выбрать новые значения и и повторить расчёт.

Задаёмся значениями температур продуктов горения и :

Составляющие	CO2	H­2O	SO2	N­2	O2
V­­­I, %	25,91%	5,67%	0,06%	67,03%	1,33%	-
CiT1	1,3695	2,8742	-	1,2883	1,1797	139,70
CiT2	1,3741	2,9073	-	1,2933	1,1928	141,30

Калориметрическая температура определена с достаточной точностью.

Д) Определяем коэффициент использования топлива

Физический смысл коэффициента использования топлива состоит в том, что он показывает оставшуюся в рабочем пространстве печи долю тепла, выделившегося при полном сгорании. Это то тепло, которое используется на совершение полезной работы нагрева материалов или изделий в печи и на покрытие потерь тепла рабочим пространством. Остальная часть тепла уносится отходящими продуктами горения.

Коэффициент использования топлива:

Где – теплосодержание продуктов горения при , продуктов горения;

– теплосодержание продуктов горения, покидающих печь, продуктов горения.

Температура газов, покидающих печь, на превышает температуру нагрева металла.

Определив , можно рассчитать расход топлива.

Е) Определяем расход топлива.

Количество тепла, необходимое для нагрева металла в печи, определяется (в ) по формуле:

Где – полезно затраченное тепло;

– часовая производительность печи, ;

и – начальная и конечная температура металла, ;

– средняя удельная массовая теплоёмкость металла изделия в интервале температур и , .

Здесь и – удельные массовые теплоёмкости металла изделия при температуре и .

Количество тепла, необходимое для поддержания заданной температуры печи (в ), определяется:

Где – КПД печи; КПД печей для химико-термической обработки составляет примерно ; печей периодического действия - ; печей непрерывного действия - .

Расход топлива (в при нормальных условиях: