Расчеты горения топлива
Принципы выбора топлива для тепловых агрегатов при проектировании промышленного предприятия. Пересчеты его состава, теплоты сгорания, расход воздуха. Материальный баланс горения топлива. Примеры расчета горения природного газа, угольной пыли, мазута.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | методичка |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 30.09.2017 |
| Размер файла | 699,8 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
7
Размещено на http://www.allbest.ru/
Размещено на http://www.allbest.ru/
Расчеты горения топлива
Введение
топливо горение материальный баланс
Расчеты горения топлива производят для определения необходимого для горения расхода воздуха, количества дымовых газов, их состава и температуры. Если данное топливо не обеспечивает необходимые температуры в печи, то рассчитывают температуру подогрева воздуха, участвующего в горении. Расход воздуха на горение и объем дымовых газов в этих расчетах отнесены к единице массы (1 кг) твердого или жидкого топлива или к единице объема (1 нм3) газообразного топлива, т.е. являются удельными величинами.
1.Выбор топлива
При проектировании промышленного предприятия выбор топлива для тепловых агрегатов производят на основе технико-экономических расчетов.
Твердое топливо обычно используют для отопления печей как дешевое местное топливо и только при условии, что обрабатываемый материал (например, цементный клинкер) допускает загрязнение негорючей золой.
Жидкое топливо обладает наиболее высокой теплотворной способностью по сравнению с другими видами, оно - самое дорогое и рассматривается в настоящее время как вспомогательное (резервное) топливо.
Природный газ различных месторождений сочетает высокую теплотворную способность с умеренной ценой и отсутствием золы. Его применение целесообразно в любых тепловых агрегатах. Однако газ дает прозрачное пламя, которое излучает тепло менее интенсивно, чем пламя от сжигания угольной пыли или мазута.
2.Пересчеты составов топлива
Основой расчетов горения топлива является его состав. В горении участвует только часть топлива, которая называется горючей массой. Непосредственно на горение поступает рабочее топливо, которое содержит помимо горючей массы влагу, а твердое и жидкое топливо - золу.
Состав топлива для выполнения расчетов может быть взят по результатам анализа или из справочника (см. Приложение, табл. 1-3). Однако необходимо учитывать, что для газообразных топлив состав приводится на сухой газ (включая негорючие компоненты), для твердых и жидких топлив - на горючую массу, реже на рабочее топливо.
Обычно, зная состав горючей массы топлива и принимая по данным анализа или по справочнику содержание золы (Ас, %) в сухом топливе и влаги (W р, %) в рабочем топливе, пересчитывают все топливо на рабочую массу.
Содержание золы в рабочем топливе:
Ар = Ас %.(1)
Содержание других элементов в рабочем топливе:
Ср = Сг %,(2)
где Ср - содержание отдельной составляющей рабочей массы топлива, % (здесь - углерод), Сг - содержание той же составляющей горючей массы топлива, %.
Сухое газообразное топливо пересчитывают на влажный газ, который подлежит сжиганию. В природном газе содержится небольшое количество влаги, примерно 0,5ч1,5%, так как при транспортировании газа он подвергается очистке от примесей и большей части влаги.
Часто сумма процентных содержаний компонентов сухого газообразного топлива не равна 100%. Тогда содержание каждого компонента во влажном рабочем газе, например СН4вл, рассчитывают по формуле:
СН4вл = % и т.д., (3)
где - сумма концентраций компонентов сухого топлива (без учета содержания Н2О).
Содержание влаги в топливе не пересчитывают.
3.Теплота сгорания топлива
Теплота сгорания топлива (теплотворная способность) - это количество тепла, выделяемое при полном сгорании всех горючих составляющих топлива, отнесенное к 1 кг твердого или жидкого или 1 нм3 (м3 при нормальных условиях) газообразного топлива.
Тепловой эффект горения топлива зависит от агрегатного состояния одного продукта его горения - воды, поэтому различают высшую Qв и низшую Qн теплоту сгорания. Если составить реакции горения компонентов топлива так, что образующаяся в них вода находится в жидком состоянии, то расчет даст величину Qв. Если рассматривать образующуюся воду в парообразном состоянии, то расчет даст величину теплоты сгорания Qн. Теплота парообразования остается неиспользованной из-за высокой температуры отходящих газов, поэтому основной рабочей характеристикой топлива является низшая рабочая теплота .
Учитывая, что теплота, затрачиваемая на испарение 1 кг влаги, составляет 2500 кДж, связь высшей и низшей теплот сгорания выражается формулой:
Qн = Qв - 2500 w, кДж/кг (кДж /нм3),(4)
w = , кг/кг.(5)
где w - содержание влаги в продуктах горения, кг/кг (кг/нм3), Нр, Wр - содержание в топливе водорода и влаги соответственно, массовые %.
Для твердого и жидкого топлива:
Qн = Qв - 25 (9Hp + Wp), кДж/кг.(6)
Теплоту сгорания твердого и жидкого топлива можно рассчитать по формуле Д.И. Менделеева, зная элементарный состав рабочего топлива:
= 339Ср + 1030Нр - 108,9(Ор - Sр) - 25Wр кДж/кг,(7)
где Ср, Нр, Ор, Sр, Wр - составляющие элементы рабочего топлива, массовые %.
Для газообразного топлива теплота сгорания определяется как сумма произведений тепловых эффектов компонентов горючих газов на их количество:
для природного газа
= 358,2 СН4 + 637,5 С2Н6 + 912,5 С3Н8 + 1186,5 С4Н10 + 1460,8 С5Н12, кДж /нм3.(8)
В этой формуле компоненты газообразного рабочего (влажного) топлива выражены в объемных %.
Для сравнения эффективности разных видов топлива и определения удельного расхода топлива на термообработку 1 кг материала пользуются единицами условного топлива (каменного угля), теплота сгорания которого принята равной 29300 кДж/кг. Перевод любого топлива в единицы условного топлива производят с помощью теплового эквивалента (переводного коэффициента Эт):
Эт = , кг усл. топл./ кг данного топл.(9)
4.Расход воздуха на горение
В расчетах принимают следующий состав сухого воздуха: азот - 79,0%, кислород - 21,0% по объему.
Теоретически необходимый для горения расход сухого воздуха (L0) рассчитывают по следующим формулам:
для твердого и жидкого топлива
L0 = 0,0889Ср + 0,265Нр - 0,0333(Ор - Sр), нм3/кг топл., (10)
для природного газа
L0 = 0,0476 (2СН4 + 3,5С2Н6 + 5С3Н8 + 6,5С4Н10 + 8С5Н12), нм3/нм3 газа. (11)
Достаточная полнота смешивания потоков топлива и воздуха обеспечиваются при некотором избытке воздуха.
Действительный расход сухого воздуха (Lд) равен:
Lд = с L0, нм3/кг (нм3/нм3 газа),(12)
где с - коэффициент избытка воздуха.
Минимальные допустимые значения с зависят от вида сжигаемого топлива, способа сжигания, конструкции топливосжигающих устройств и условий работы печи. Для газа и мазута с = 1,05-1,2; для пылевидного твердого топлива с = 1,20-1,25; при слоевом сжигании углей, антрацита и торфа в механических топках с непрерывной подачей топлива и золоудалением с = 1,3-1,4. Для снижения температуры продуктов горения топлива (ПГТ) по сравнению с теоретической температурой принимают бульшие значения с: до 1,5 и более.
Пары воды, содержащиеся в атмосферном воздухе, незначительно увеличивают его расход по сравнению с сухим воздухом. Количество этой влаги учитывают с помощью влагосодержания атмосферного воздуха, выраженного в массовых %. Расход атмосферного воздуха (Lд) при влагосодержании d (г/кг сухого воздуха) равен:
Lд = (1 + 0,0016 d) Lд, нм3 вл. возд./нм3 газа(13)
Влагосодержание d (г/кг сухого воздуха) можно определить по i-d-диаграмме Рамзина или по справочным таблицам [1], зная значения среднегодовой относительной влажности воздуха () и температуры для данной местности. Можно принять d = 10 г/кг сухого воздуха (при 20єС и = 60%).
5.Объем продуктов горения топлива
При полном сгорании любого топлива образуются следующие газообразные продукты: СО2, Н2Огаз, N2, SО2. Обычно горение происходит с избытком воздуха, поэтому в ПГТ присутствует О2, содержание которого зависит от коэффициента избытка воздуха ?.
Объемы дымовых газов по отдельности рассчитывают по формулам:
для природного газа
VСО2 = 0,01 (СО2 + СН4 + 2С2Н6 + 3С3Н8 + 4С4Н10 + 5С5Н12),
нм3/нм3;(14)
VН2О = 0,01 (2СН4 + 3С2Н6 + 4С3Н8 + 5С4Н10 + 6С5Н12 + Н2О +
+ 0,16 d Lд), нм3/нм3(15)
VN2 = 0,79 Lд + 0,01N2, нм3/нм3;(16)
VО2 = 0,21 (? - 1) L0, нм3/кг (нм3 газа),(17)
для твердого и жидкого топлива
VСО2 = 0,01855Ср, нм3/кг;(18)
VН2О = 0,112 Нр + 0,0124 (Wр + 100 wпар) + 0,0016 d Lд, нм3/кг,(19)
где wпар - количество пара, вводимого для распыления жидкого топлива в форсунках высокого давления, кг/кг топл.;
VSО2 = 0,007 Sр, нм3/кг;(20)
VN2 = 0,79 Lд + 0,008 Nр, нм3/кг.(21)
Объем кислорода VО2 рассчитывают по формуле (17).
Общий объем продуктов горения топлива рассчитывают по формуле:
V? = VСО2 + VН2О + VN2 + VО2 + VSО2, нм3/кг (нм3/нм3 газа).(22)
6.Температура горения
При выполнении расчетов определяют действительную температуру дымовых газов при данных условиях горения топлива и сравнивают ее с заданной температурой технологического процесса, чтобы проверить, правильно ли выбрано топливо и условия его горения. При необходимости изменяют условия горения (величину ?, температуру подогрева вторичного воздуха) и повторяют расчеты.
Рассчитывают общее теплосодержание продуктов горения топлива по формуле:
i общ = + + - , кДж/нм3,(23)
где k - доля вторичного (подогреваемого) воздуха на горение;
iвозд = Свозд·tвозд - теплосодержание вторичного воздуха, которое определяют по линии воздуха на i-t-диаграмме при данной tвозд (рис. 1),
iтопл = Стопл·tтопл - теплосодержание подогретого топлива (ССН4 = 1,55 кДж/(м3 К), Смазут = 1,88 - 2,05 кДж/(кг К), Суголь = 0,92 кДж/(кг К)), (Свозд, Стопл, ССН4, Смазут, Суголь- удельная теплоемкость воздуха, топлива, метана, мазута, угля соответственно). Если воздух и топливо не подогревают, вторым и третьим слагаемыми можно пренебречь;
qдисс - теплота диссоциации СО2 и Н2О.
Потерями на диссоциацию СО2 и Н2О можно пренебречь, если пользоваться i-t-диаграммой, построенной с учетом диссоциации (сплошные линии на рис. 2).
Рассчитывают действительное теплосодержание ПГТ с учетом пирометрического коэффициента на потери тепла от ПГТ в процессе теплообмена с окружающими их поверхностями:
iґ общ = и· i общ.
Значения и зависят от вида топлива и типа печи, т.е. типа топливосжигающих устройств (горелок или форсунок), они приведены в табл. 1.
Таблица 1. Пирометрический коэффициент для различных типов печей и видов топлива
|
Тип печи |
Вид топлива |
? |
|
|
камерные |
газ,твердое |
0,73-0,78 0,66-0,70 |
|
|
туннельные, ванные |
газ, мазут |
0,78-0,83 |
|
|
вращающиеся |
газ, мазут, твердое пылевидное |
0,70-0,75 |
С помощью i-t-диаграммы (рис. 1, 2) находят значение действительной температуры продуктов горения топлива при данных условиях горения.
7.Материальный баланс горения топлива
Материальный баланс необходим для проверки правильности расчетов, его составляют на 100 м3 газа или 100 кг мазута или твердого топлива (табл. 2).
Таблица 2Материальный баланс процесса горения топлива.
|
Приход |
кг |
Расход |
кг |
|
|
а)Природный газ |
Продукты горения |
|||
|
СН4 = СН4вл · СН4 (0,717)* |
СО2 = VСО2·100· СО2 (1,977) |
|||
|
С2Н6 = С2Н6вл · С2Н6 (1,356) |
Н2О = VН2О·100· Н2О (0,804) |
|||
|
С3Н8 = С3Н8вл · С3Н8 (2,020) |
N2 = VN2·100· N2 (1,251) |
|||
|
С4Н10 = С4Н10вл · С4Н10 (2,840) |
О2 = VО2·100· О2 (1,429) |
|||
|
С5Н12 = С5Н12вл · С5Н12 (3,218) |
для твердого топлива и мазута |
|||
|
N2 = N2вл · N2 (1,251) |
SO2 = VSО2·100· SО2 (2,852) |
|||
|
Н2О = Н2Овл · Н2О (0,804) |
Зола |
|||
|
б) Твердое топливо, мазут |
100,0 |
Невязка |
||
|
Воздух |
||||
|
О2 = Lд·100·0,21· О2 (1,429) |
||||
|
N2 = Lд·100·0,79· N2 (1,251) |
||||
|
Н2О = Lд·100·0,0016·10· Н2О (0,804) |
||||
|
Итого |
Итого |
|||
|
*В скобках указаны плотности газов в кг/м3. |
Разность между суммой прихода и суммой расхода, называемую невязкой, вносят в расходную часть, независимо от её знака («+» или «-»). Величина невязки не должна превышать 1% от суммы приходных статей, т.е. невязка составляет
.
Рис. 1. i-t-диаграмма для низких температур
Рис. 2. i-t-диаграмма для высоких температур
8.Примеры расчета горения топлива
Расчет горения природного газа
Природный газ Верхне-Омринского месторождения. Содержание влаги в газе Wр = 1,0 об.%.
Содержание компонентов сухого топлива, % по объему
|
СН4с |
С2Н6с |
С3Н8с |
С4Н10с |
С5Н12с и высшие |
СО2с |
N2с |
Сумма |
|
|
85,0 |
3,90 |
1,40 |
0,41 |
0,23 |
0,10 |
8,70 |
99,74 |
Коэффициент избытка воздуха при сжигании газа в горелке частичного смешивания ? = 1,15. Влагосодержание атмосферного воздуха d = 10 г/кг сухого воздуха (в этом и других примерах).
Определяем состав рабочего топлива. Пользуясь формулой (3), находим содержание элементов в рабочем топливе:
СН4вл = % = = 85,0·0,9926 = 84,37%;
С2Н6вл = 3,90·0,9926 = 3,87%;
С3Н8вл = 1,40·0,9926 = 1,39%;
С4Н10вл = 0,41·0,9926 = 0,41%;
С5Н12вл = 0,23·0,9926 = 0,23%;
СО2вл = 0,10·0,9926 = 0,099% 0,10%;
N2вл = 8,70·0,9926 = 8,64%;
Н2Овл = 1,00%.
Результаты пересчета состава сводим в таблицу.
Состав влажного рабочего топлива, объемные %
|
СН4вл |
С2Н6вл |
С3Н8вл |
С4Н10вл |
С5Н12вл |
СО2вл |
N2вл |
Н2Овл |
Сумма |
|
|
84,37 |
3,87 |
1,39 |
0,41 |
0,23 |
0,10 |
8,64 |
1,00 |
100,00 |
Рассчитываем теплоту сгорания природного газа по формуле (8):
= 358,2·84,38 + 637,5·3,87 + 912,5·1,39 + 1186,5·0,41 + 1460,8·0,23 = 34773 кДж /нм3.
Тепловой эквивалент согласно формуле (9) составляет:
Эт = = 1,187.
Теоретически необходимое количество сухого воздуха находим по формуле (11):
L0 = 0,0476·(2·84,37 + 3,5·3,87 + 5·1,39 + 6,5·0,41 + 8·0,23) = 9,22 нм3/нм3.
Определяем действительное количество атмосферного воздуха при = 1,15 по формуле (12):
Lд = 1,15 · 9,22= 10,60 нм3/ нм3.
Рассчитываем действительное количество атмосферного воздуха по формуле (13):
Lд = (1 + 0,016 d) Lд = 1,016·10,60 = 10,77 нм3/ нм3.
Количество продуктов горения газа при = 1,15 по формулам (14) _ - (17):
VСО2 = 0,01 (0,10 + 84,37 + 2·3,87 + 3·1,39 + 4·0,41 + 5·0,23) =
= 0,991 нм3/нм3;
VН2О = 0,01 (2·84,37 + 3·3,87 + 4·1,39 + 5·0,41 + 6·0,23 + 0,99 +
+ 0,16·10·10,60) = 2,073 нм3/нм3;
VN2 = 0,79·10,60 + 0,01·8,64 = 8,463 нм3/нм3;
VО2 = 0,21 (1,15 - 1) 9,22 = 0,290 нм3/нм3.
Находим общий объем продуктов горения при = 1,15 по формуле (22):
V = 0,991 + 2,073 + 8,464 + 0,290 = 11,818 11,82 нм3/ нм3.
Процентный состав продуктов горения:
CO2 = ·100% = 8,39%; Н2O = ·100% = 17,54%;
N2 = ·100% = 71,61%; О2 = ·100% = 2,46%.
Всего 100,00 %.
Составляем материальный баланс процесса горения на 100 нм3 природного газа при = 1,15.
Материальный баланс процесса горения природного газа
|
Приход |
кг |
Расход |
кг |
|
|
Природный газ |
60,49 |
Продукты горения |
||
|
СН4 = 84,37·0,717 |
5,25 |
СО2 = 0,991·1,977 |
196,02 |
|
|
С2Н6 = 3,87·1,356 |
2,81 |
Н2О = 2,073·0,804 |
166,65 |
|
|
С3Н8 = 1,39·2,020 |
1,16 |
N2 = 8,463·1,251 |
1058,74 |
|
|
С4Н10 = 0,41·2,840 |
0,73 |
О2 = 0,290·1,429 |
41,50 |
|
|
С5Н12 = 0,23·3,218 |
0,20 |
|||
|
N2 = 8,64·1,251 |
10,80 |
Невязка |
-0,89 |
|
|
Н2О = 0,99·0,804 |
0,80 |
|||
|
Воздух |
||||
|
О2 = 10,60·0,21·100·1,429 |
318,20 |
|||
|
N2 = 10,60·0,79·100·1,251 |
1047,94 |
|||
|
Н2О = 10,60·0,0016·10·100·0,804 |
13,64 |
|||
|
Итого |
1462,02 |
Итого |
1462,02 |
Невязка баланса составляет: = 0,061%. Определяем теоретическую температуру горения природного газа. Для этого находим общее теплосодержание продуктов горения по формуле (23), пренебрегая теплосодержанием природного газа и воздуха и теплотой диссоциации:
i общ = = 2942 кДж/нм3.
По i-t-диаграмме (рис. 2) находим теоретическую температуру горения при коэффициенте = 1,15: tтеор = 1780°С.
Находим расчетное теплосодержание продуктов горения с учетом пирометрического коэффициента, который примем равным = 0,78:
iобщ = i общ . = 2942 · 0,78 = 2295 кДж/нм3.
По i-t-диаграмме (рис. 2) находим действительную температуру горения природного газа tдейств = 1450°С.
Допустим, требуется создать в печи температуру 1680єС.
Для этого необходимо повысить теплосодержание ПГТ. Определяем по i-t-диаграмме, что при 1680єС iобщ = 2724 кДж/нм3.
Снизить коэффициент избытка воздуха б ,чтобы уменьшился общий объем ПГТ V и таким образом повысилось их теплосодержание i общ, нельзя, так как = 1,15 близко к минимально допустимому значению и в результате снижения ухудшится смешивание потоков топлива и воздуха.
Общее теплосодержание продуктов горения топлива i общ может быть повышено за счет теплоты подогретого воздуха i возд, идущего на горение. Определим температуру подогрева. Вклад в теплосодержание ПГТ от нагретого воздуха:
Дi общ = = = 550 кДж/нм3.
Приравниваем добавочную теплоту величине теплосодержания воздуха. При сжигании газа доля вторичного воздуха может достигать 100%, т.е. в формуле (23) k = 1,00.
Дi общ = i возд = , т.е.
i возд = = 550 = 613 кДж/нм3.
По i-t-диаграмме (рис. 1) определяем, что воздух обладает теплосодержанием i возд = 613 кДж/нм3 при подогреве до tвозд = 420єС.
Расчет горения угольной пыли
Горючая масса Буланашского каменного угля.
Состав горючей массы угольной пыли, массовые %
|
Сг |
Нг |
Ог |
Nг |
Sг |
Сумма |
|
|
80,5 |
5,5 |
11,2 |
1,5 |
1,3 |
100,0 |
Содержание золы Ас = 24,0%, содержание влаги в рабочем (пылевидном) топливе Wр = 2,0%. Принимаем коэффициент избытка воздуха = 1,2.
Температура подогрева вторичного воздуха tвозд = 400°С, доля первичного (холодного) воздуха 30%. Температура угольной пыли tтопл = 50°С.
Определяем состав рабочего топлива.
Содержание золы в рабочем топливе по формуле (1):
Ар = Ас = 24,0 = 23,5%
Содержание других элементов в рабочем топливе:
Ср = Сг = 80,5 = 80,5·0,745 = 60,0%;
Нр = 5,5 . 0,745 = 4,1%;
Nр = 1,5 . 0,745 = 1,1%;
Ор = 11,2 . 0,745 = 8,3%;
Sр = 1,3 . 0,745 = 1,0%.
Результаты пересчета состава сводим в таблицу.
Состав рабочего топлива
|
Компонент |
Ср |
Нр |
Ор |
Nр |
Sр |
Aр |
Wр |
Сумма |
|
|
Обозначение |
С |
Н |
О |
N |
S |
A |
W |
||
|
Количество, массовые % |
60,0 |
4,1 |
1,1 |
8,3 |
1,0 |
23,5 |
2,0 |
100,0 |
Определяем теплоту сгорания рабочего топлива по формуле (7):
= 339 · 60,0 + 1030 · 4,1 108,9 (8,3 1,0) 25 · 2,0 = 23732 кДж/кг.
Тепловой эквивалент согласно формуле (9) составляет:
Эт = = 0,810.
Находим теоретически необходимое количество сухого воздуха по формуле (10):
L0 = 0,0889 · 60,0 + 0,265 . 4,1 0,0333 (8,3 1,0) = 6,18 нм3/кг.
Определяем действительное количество воздуха при = 1,2:
Lд = 1,2 · 6,18 = 7,41 нм3/кг.
Определяем количество атмосферного воздуха:
Lд = (1 + 0016 d) Lд = 1,016 · 7,41 = 7,53 нм3/кг.
Определяем состав продуктов горения по формулам (18) - (21):
VСО2 = 0,01855 · 60,0 = 1,113 нм3/кг;
VSО2 = 0,007 · 1,0 = 0,007 нм3/кг;
VН2О = 0,112 . 4,1 + 0,0124 . 2,0 + 0,0016·10·7,41 = 0,603 нм3/кг;
VN2 = 0,79 . 7,41 + 0,008 . 1,1 = 5,863 нм3/кг;
VО2 = 0,21 . 0,2 . 6,18 = 0,260 нм3/кг.
Общий объем продуктов горения при = 1,2 по формуле (22):
V = 1,113 + 0,007 + 0,603 + 5,863 + 0,260 = 7,85 нм3/кг.
Процентный состав продуктов горения:
CO2 = ·100% = 14,2%; SO2 = ·100% = 0,1%;
Н2O = ·100% = 7,7%; N2 = ·100% = 74,7%;
О2 = ·100% = 3,3%. Всего 100,0 %.
Составляем материальный баланс процесса горения на 100 кг угольной пыли при = 1,2.
Материальный баланс процесса горения угольной пыли
|
Приход |
кг |
Расход |
кг |
|
|
Топливо |
100,0 |
Зола (шлак) |
23,5 |
|
|
Воздух: |
Продукты горения |
|||
|
O2 = 100 . 7,41 . 0,21 . 1,429 |
222,0 |
CO2 = 100 .1,113 . 1,977 |
220,0 |
|
|
N2 = 100 . 7,41 . 0,79 . 1,251 |
731,0 |
H2O = 100 . 0,603 . 0,804 |
48,4 |
|
|
H2О = 100 . 0,0016 . 10 . 7,41. 0,804 |
9,5 |
N2 = 100 . 5,859 . 1,251 |
732,0 |
|
|
O2 = 100 . 0,26 . 1,429 |
37,2 |
|||
|
SO2 = 100 . 0,007 . 2,852 |
2,0 |
|||
|
Невязка |
-0,6 |
|||
|
Итого: |
1062,5 |
Итого: |
1062,5 |
Невязка баланса составляет: = 0,056%.
Определяем теоретическую температуру горения угольной пыли. Для этого находим общее теплосодержание продуктов горения с учетом подогрева угольной пыли до 50°С (теплоемкость Суг.пыли = 0,92 кДж/(кг К)) и подогрева вторичного воздуха (70% от общего количества воздуха). По i-t-диаграмме (рис. 1) находим теплосодержание воздуха при tвозд = 400°С: iвозд. = 536 кДж/нм3, тогда по формуле (23):
i общ = ++ = 3393 кДж/нм3.
По i-t-диаграмме находим теоретическую температуру горения (при коэффициенте = 1,20) tтеор = 1970°С.
Расчетное теплосодержание продуктов горения с учетом пирометрического коэффициента = 0,75:
iобщ = i общ . = 3393 .0,75 = 2545 кДж/нм3.
По i-t-диаграмме (рис. 2) находим действительную температуру горения tдейств = 1570°С.
Расчет горения мазута
Мазут малосернистый марки 40. Содержание золы Ар = 0,2%, содержание влаги Wр = 3,0%. Коэффициент избытка воздуха при сжигании мазута с помощью форсунки низкого давления = 1,20. Температура подогрева мазута 80°С, температура подогрева вторичного воздуха (90% от общего количества) tвозд = 400°С.
Состав горючей массы мазута, массовые %
|
Сг |
Нг |
Ог |
Nг |
Sг |
Сумма |
|
|
87,4 |
11,2 |
0,5 |
0,4 |
0,5 |
100,0 |
Определяем состав рабочего топлива. Пользуясь формулой (2), находим содержание элементов в рабочем топливе:
Ср = Сг = 87,4 = 87,4 . 0,968 = 84,6%.
Нр = 11,2 . 0,968 = 10,84%;
Ор = 0,5 . 0,968 = 0,48%;
Nр = 0,4 . 0,968 = 0,39%;
Sр = 0,5 . 0,968 = 0,48%.
Результаты пересчета состава сводим в таблицу.
Состав влажного рабочего топлива, массовые %
|
Ср |
Нр |
Ор |
Nр |
Sр |
Aр |
Wр |
Сумма |
|
|
84,6 |
10,8 |
0,5 |
0,4 |
0,5 |
0,2 |
3,0 |
100,0 |
Определяем теплоту сгорания рабочего топлива по формуле (7)
= 339 . 84,6 + 1030 . 10,8 108,9 (0,5 0,5) 25 . 3,0 = 39739 кДж/кг.
Тепловой эквивалент согласно формуле (9) составляет:
Эт = = 1,356.
Теоретически необходимое количество сухого воздуха находим по формуле (10):
L0 = 0,0889 . 84,6 + 0,265 . 10,8 0,0333 (0,5 0,5) = 10,40 нм3/кг.
Определяем действительное количество воздуха при = 1,20 по формуле (12):
Lд = 1,20 . 10,40 = 12,48 нм3/кг.
Определяем количество атмосферного воздуха по формуле (13):
Lд = (1 + 0,016 d) Lд = 1,016 .12,48 = 12,68 нм3/кг.
Определяем состав продуктов горения по формулам (18) - (21):
VСО2 = 0,01855 . 84,6 = 1,569 нм3/кг;
VSО2 = 0,007 . 0,5 = 0,0035 нм3/кг;
VН2О = 0,112 . 10,8 + 0,0124 (3,0 + 100·0,0) + 0,0016 .10 .12,48 = 1,447 нм3/кг;
VN2 = 0,79 . 12,48 + 0,008 . 0,4 = 9,862 нм3/кг;
VО2 = 0,21 . 0,20 . 10,40 = 0,437 нм3/кг.
Общий объем продуктов горения при = 1,2 по формуле (22):
V = 1,569 + 0,0035 + 1,447 + 9,862 + 0,437 = 13,32 нм3/кг.
Определяем процентный состав продуктов горения
CO2 = ·100% = 11,77%; SO2 = ·100% = 0,03%;
Н2O = ·100% = 10,8 %; N2 = ·100% = 74,1%;
О2 = ·100% = 3,3%. Всего 100,0 %.
Составляем материальный баланс процесса горения на 100 кг мазута при = 1,20.
Материальный баланс процесса горения мазута
|
Приход |
кг |
Расход |
кг |
|
|
Топливо |
100,0 |
Зола (шлак) |
0,2 |
|
|
Воздух |
Продукты горения |
|||
|
O2 = 100 . 12,48 . 0,21 . 1,429 |
374,5 |
CO2 = 100 .1,569 . 1,977 |
310,2 |
|
|
N2 = 100 . 12,48 . 0,79 . 1,251 |
1233,4 |
H2O = 100 . 1,447 . 0,804 |
116,3 |
|
|
H2О = 100 . 0,0016 . 10 . 12,48 . 0,804 |
16,1 |
N2 = 100 . 9,862 . 1,251 |
1233,7 |
|
|
O2 = 100 . 0,437 . 1,429 |
62,4 |
|||
|
SO2 = 100 . 0,0035 . 2,852 |
1,0 |
|||
|
Невязка |
0,2 |
|||
|
Итого: |
1724,0 |
Итого: |
1724,0 |
Невязка баланса составляет: = 0,012%.
Определяем теоретическую температуру горения мазута. Для этого находим общее теплосодержание продуктов горения с учетом подогрева мазута (теплоемкость Смазута = 2,05 кДж/(кг К)) и вторичного воздуха (90% от общего количества). По i-t-диаграмме (рис. 1) находим теплосодержание воздуха при tвозд = 400°С: iвозд. = 536 кДж/нм3. Тогда по формуле (23):
iобщ. = = 3455 кДж/нм3.
По i-t-диаграмме находим теоретическую температуру горения при коэффициенте = 1,20: tтеор = 2070°С.
Расчетное теплосодержание продуктов горения при = 0,8:
iобщ = iобщ . = 3455 . 0,8 = 2764 кДж/нм3.
По i-t-диаграмме (рис. 2) находим действительную температуру горения мазута tдейств = 1660°С.
Приложение
Таблица 1Состав некоторых мазутов
|
Наименование топлива |
Марка |
Состав горючей массы, массовые % |
||||||
|
Cг |
Hг |
Sг |
Nг+Oг |
Aр |
Wр |
|||
|
Мазут малосернистый |
20 |
87,2 |
11,7 |
0,5 |
0,6 |
0,1 |
2 |
|
|
40 |
87,4 |
11,2 |
0,5 |
0,9 |
0,2 |
3 |
||
|
60 |
87,6 |
10,7 |
0,7 |
1,0 |
0,2 |
3 |
||
|
80 и 100 |
87,6 |
10,5 |
0,9 |
1,0 |
0,3 |
4 |
||
|
Мазут сернистый |
10 |
85,2 |
11,6 |
2,5 |
0,7 |
0,1 |
1 |
|
|
20 |
85,0 |
11,6 |
2,9 |
0,5 |
0,2 |
2 |
||
|
40 |
85,0 |
11,4 |
3,2 |
0,4 |
0,3 |
3 |
Таблица 2Характеристика твердых топлив
|
Месторождение |
Марка |
Ас, мас.% |
Wр, мас.% |
Состав горючей массы, массовые % |
||||||
|
Sгобщ. |
Сг |
Нг |
Nг |
Ог |
Лг |
|||||
|
Донецкий бассейн |
Д |
19,6 |
13,0 |
5,9 |
75,0 |
5,5 |
1,5 |
12,0 |
43 |
|
|
Г |
16,0 |
8,0 |
4,3 |
80,5 |
5,4 |
1,5 |
8,3 |
39 |
||
|
Т |
16,0 |
4,5 |
2,2 |
90,0 |
4,2 |
1,5 |
2,1 |
12 |
||
|
АК |
6,0 |
4,0 |
1,9 |
94,0 |
1,8 |
1,0 |
1,5 |
4 |
||
|
АС |
14,0 |
5,0 |
2,0 |
93,5 |
1,8 |
1,0 |
1,7 |
4 |
||
|
Кемеровское (Кузбасс) |
ПС, СС |
16,0 |
9,0 |
0,7 |
86,0 |
5,0 |
2,0 |
6,3 |
26 |
|
|
ПС, Т |
16,0 |
8,0 |
0,7 |
90,5 |
4,3 |
2,0 |
2,5 |
14 |
||
|
Ленинское (Кузбасс) |
Д |
5,5 |
10,0 |
0,5 |
79,0 |
5,5 |
2,4 |
12,9 |
40 |
|
|
Г |
11,0 |
8,5 |
0,7 |
83,0 |
5,8 |
2,7 |
7,8 |
39 |
||
|
Араличевское (Кузбасс) |
Т |
16,0 |
7,0 |
0,7 |
89,0 |
4,1 |
2,0 |
4,2 |
10 |
|
|
Подмосковное |
Б |
35,0 |
32,5 |
5,9 |
67,0 |
5,0 |
1,3 |
20,8 |
45 |
|
|
Воркутское |
ПЖ |
23,0 |
8,0 |
1,3 |
85,0 |
5,3 |
2,2 |
6,2 |
30 |
|
|
Буланашское (Урал) |
Г |
20,0 |
29,0 |
0,6 |
70,0 |
4,5 |
1,3 |
23,6 |
45 |
|
|
Минусинское (Хакассия) |
Д |
12,0 |
13,0 |
0,7 |
78,0 |
5,5 |
2,2 |
13,6 |
42 |
|
|
Черемховское (Иркутская обл.) |
Д |
17,0 |
12,0 |
1,4 |
78,0 |
5,7 |
1,6 |
13,3 |
45 |
|
|
Гусиноозерское (Бурятия) |
Б |
20,0 |
21,0 |
0,9 |
75,0 |
5,0 |
1,0 |
18,1 |
43 |
|
|
Тарбатайское (Читинская обл.) |
Б |
15,0 |
25,0 |
1,5 |
74,0 |
5,1 |
1,3 |
18,1 |
43 |
|
|
Черновское (Читинская обл.) |
Б |
11,0 |
33,0 |
0,8 |
75,0 |
5,0 |
1,3 |
17,9 |
42 |
|
|
Букачачинское (Читинская обл.) |
Г |
10,0 |
8,0 |
0,7 |
82,0 |
5,5 |
1,1 |
10,7 |
38 |
|
|
Липовецкое (Приморский край) |
Д |
35,0 |
8,0 |
0,5 |
76,0 |
6,0 |
1,0 |
16,5 |
50 |
|
|
Сучанское (Приморский край) |
ПЖ |
23,5 |
7,0 |
0,6 |
85,0 |
5,0 |
1,4 |
7,5 |
29 |
|
|
Мгачинское (Сахалин) |
Д |
9,0 |
7,0 |
0,3 |
80,0 |
6,3 |
1,6 |
11,8 |
47 |
|
|
Октябрьское (Сахалин) |
К |
12,0 |
4,0 |
0,5 |
88,0 |
5,1 |
2,0 |
4,4 |
23 |
Таблица 3 Состав сухого природного газа некоторых месторождений
|
Месторождение |
Компоненты природного газа, объемные % |
|||||||
|
СН4 |
С2Н6 |
С3Н8 |
С4Н10 |
С5Н12 и высшие |
СО2 |
N2 |
||
|
Краснодарский край |
||||||||
|
Анастасиевско-Троицкое |
87,91 |
2,71 |
0,18 |
0,12 |
1,98 |
5,6 |
1,5 |
|
|
Западно-Анастасиевское |
96,5 |
1,4 |
0,5 |
0,7 |
0,6 |
0,3 |
- |
|
|
Фрунзенское |
99,15 |
0,11 |
0,08 |
- |
0,41 |
0,25 |
- |
|
|
Ставропольский край |
||||||||
|
Северо-Ставропольское |
97,6 |
0,08 |
0,01 |
0,01 |
- |
1,2 |
1,1 |
|
|
Прикумское |
97,78 |
0,59 |
0,26 |
0,15 |
- |
0,7 |
0,52 |
|
|
Прокопьевское |
75,72 |
4,22 |
2,3 |
1,44 |
0,79 |
3,4 |
12,13 |
|
|
Коми |
||||||||
|
Вой-Вожское |
88,83 |
0,73 |
0,09 |
0,04 |
0,06 |
0,05 |
10,2 |
|
|
Нибельское |
84,8 |
4,07 |
1,76 |
0,26 |
0,11 |
0,18 |
8,82 |
|
|
Верхне-Омринское |
85 |
3,9 |
1,4 |
0,41 |
0,23 |
0,1 |
8,7 |
|
|
Тюменская область |
||||||||
|
Тазовское |
98,72 |
0,12 |
0,02 |
0,1 |
- |
1,01 |
0,13 |
|
|
Уренгойское |
99,23 |
0,09 |
- |
- |
- |
0,28 |
0,4 |
|
|
Ново-Портовское |
88,49 |
6,15 |
2,19 |
0,76 |
0,49 |
0,96 |
0,96 |
|
|
Березовский район |
||||||||
|
Деминское |
95,8 |
0,8 |
0,21 |
0,09 |
- |
0,6 |
2,5 |
|
|
Березовское |
94,75 |
1,45 |
0,45 |
0,05 |
- |
- |
2,79 |
|
|
Пунгинское |
86,1 |
2 |
0,6 |
0,34 |
- |
0,43 |
2,03 |
|
|
Сотэ |
96,7 |
1 |
0,4 |
0,1 |
- |
0,01 |
1,49 |
|
|
Томская область |
||||||||
|
Северо-Васюганское |
85,8 |
5,394 |
3,826 |
0,99 |
0,13 |
0,524 |
3,236 |
|
|
Лугинецкое |
85 |
3,6 |
2,96 |
2,26 |
1,2 |
0,95 |
3,9 |
|
|
Усть-Сильгинское |
88 |
4,2 |
2,5 |
1,2 |
0,3 |
0,8 |
3 |
|
|
Вилюйский и Предверхоянский районы |
||||||||
|
Усть-Вилюйское |
96,5 |
1,5 |
0,3 |
0,2 |
0,1 |
- |
1,2 |
|
|
Собо-Хаинское |
97,2 |
0,6 |
0,12 |
0,03 |
0,1 |
0,15 |
1,8 |
|
|
Средне-Вилюйское |
99,6 |
4,9 |
1,5 |
0,9 |
0,1 |
- |
3,1 |
|
|
Сахалин |
||||||||
|
Тунгор |
95,7 |
1,3 |
0,3 |
0,5 |
0,2 |
0,9 |
1,1 |
|
|
Колендо |
96,2 |
1,7 |
0,6 |
0,2 |
0,1 |
0,9 |
0,3 |
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Определение теплоты сгорания для газообразного топлива как суммы произведений тепловых эффектов составляющих горючих газов на их количество. Теоретически необходимый расход воздуха для горения природного газа. Определение объёма продуктов горения.
контрольная работа [217,6 K], добавлен 17.11.2010Определение расхода воздуха и количества продуктов горения. Расчет состава угольной пыли и коэффициента избытка воздуха при спекании бокситов во вращающихся печах. Использование полуэмпирической формулы Менделеева для вычисления теплоты сгорания топлива.
контрольная работа [659,6 K], добавлен 20.02.2014Методика расчета горения топлива на воздухе: определение количества кислорода воздуха, продуктов сгорания, теплотворной способности топлива, калориметрической и действительной температуры горения. Горение топлива на воздухе обогащённым кислородом.
курсовая работа [121,7 K], добавлен 08.12.2011Расчет теоретического объёма расхода воздуха, необходимого для горения природного газа и расчет реального объёма сгорания, а также расчет теоретического и реального объёма продуктов сгорания. Сопоставление расчетов, используя коэффициент избытка воздуха.
лабораторная работа [15,3 K], добавлен 22.06.2010Расчет горения топлива (смесь коксового и доменного газов). Определение теоретически необходимого и действительного количества воздуха, количества продуктов сгорания, их процентного состава и калориметрической температуры. Характеристика видов топлива.
контрольная работа [38,9 K], добавлен 28.04.2013Краткое описание теории горения топлива. Подготовка твердого топлива для камерного сжигания. Создание технологической схемы. Материальный и тепловой баланс котлоагрегата. Продукты сгорания твердого топлива. Очистка дымовых газов от оксидов серы.
курсовая работа [8,9 M], добавлен 16.04.2014Расчет горения топлива в воздухе, состава и удельного объема выхлопных газов, горения природного газа в атмосфере. Определение параметров камеры смешения, сушилки, топки. Составление энергетических балансов. Эксергетический баланс изучаемой системы.
курсовая работа [511,0 K], добавлен 22.02.2015Сравнение видов топлива по их тепловому эффекту. Понятие условного топлива. Теплота сгорания твердого и жидкого топлива. Гомогенное и гетерогенное горение. Процесс смешивания горючего газа с воздухом. Воспламенение горючей смеси от постороннего источника.
реферат [14,7 K], добавлен 27.01.2012Простая газотурбинная установка непрерывного горения, устройство её основных элементов. Назначение камеры сгорания: повышение температуры рабочего тела за счет сгорания топлива в среде сжатого воздуха. Простая газотурбинная установка прерывистого горения.
реферат [1,6 M], добавлен 16.09.2010Типы топок паровых котлов, расчетные характеристики механических топок с цепной решеткой. Расчет необходимого объема воздуха и объема продуктов сгорания топлива, составление теплового баланса котла. Определение температуры газов в зоне горения топлива.
методичка [926,6 K], добавлен 16.11.2011
