Расчёт горения топлива

Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчёт горения топлива



Определим расход воздуха и количество продуктов горения.

Состав угольной пыли и коэффициент избытка воздуха при спекании бокситов во вращающихся печах.

Таблица 1.

Вариант №	Состав угольной пыли, масс %
17	89.3	4.3	2.3	3.6	0.5	10.0	7.0

По данному составу угольной пыли производим расчёт рабочей массы топлива. Определяем коэффициенты пересчёта:

с сухой массы

= = ; = 10,0 * 0,93 = 9,3 %;

с горючей массы

= = 0.837.

74,74 + 3,6 + 0,42 + 1,93 + 3,01 + 9,3 + 7 = 100 %

Расчёт горения ведут на 100 кг. угольной пыли по реакциям:



1.

Требуется кислорода на горение: 74,74 * = 199,307кг.

Образуется : 74,74 * = 274,047кг. или 274,047 * = 139,51.

2. + = О

Требуется кислорода на горение: 3,6 * = 28,8кг.

Образуется О : 3,6 * = 32,4кг. или 32,4 * = 40,32.

3.

Требуется кислорода на горение: 0,42 * = 0,42кг.

Образуется : 0,42 * = 0,84кг. или 0,84 * = 0,29.

Всего потребуется кислорода на горение: 199,307 + 28,8 + 0,42 = 228,527кг.,

из них в состав топлива входит 3,01кг. Таким образом, требуется:

228,527 - 3,01 = 225,517кг. кислорода или 225,517 * = 157,86.

Пусть состав воздуха: 21 об. % и 77 об. % . Тогда, вместе с требуемым количеством кислорода в составе воздуха будет подано азота:

225,517 * = 848,374кг. или 848,374 * = 678,7.

Коэффициент избытка воздуха (б) при спекании бокситов во вращающихся печах на практике составляет 1,05?1,10, что соответствует содержанию в газах 0,4?2% .

При коэффициенте избытка воздуха 1,00 в печь будет подано на 100кг. угольной пыли.

Кислорода: 225,517 * 1,0 = 225,517кг. или 225,517 * = 157,86.

Азота: 848,374 * 1,0 = 848,374кг. или 848,374 * = 678,7.

Воздуха: 225,517 + 848,374 = 1073,891кг. или 157,86 + 678,7 = 836,56.

В отходящих газах содержится: Свободного кислорода: 225,517 - 225,517 = 0 или 0 * = 0.

Азота: 848,374 + 1,93 = 850,304кг. или 850,304 * = 680,243.

На основании выполненных расчётов получаем таблицы состава и количества отходящих газов, образующих при горении100 кг. угольной пыли, ( таблица 2 ) и материального баланса горения ( таблица 3 ).

Таблица 2. Газы от горения 100 кг. угольной пыли.

	всего			О
Количество, кг.	1157,591	274,047	0,84	32,4	0	850,304
Объем, .	860,363	139,51	0,29	40,32	0	680,243
Масс. %	100	23,67	0,07	2,80	0	73,45
Об. %	100	16,22	0,03	4,69	0	79,06

Таблица 3. Материальный баланс горения угольной пыли, кг.

№		Всего	С	Н	S	O	N	Прочие
ПОСТУПИЛО
1	Угольная пыль	100	74,74	3,6+0,78 = 4,38	0,42	3,01+6,22 = 9,23	1,93	9,3
2	Воздух	1073,891				225,517	848,374
	ИТОГО	1173,891	74,74	4,38	0,42	234,747	850,304	9,3
ПОЛУЧЕНО
1	Зола	9,3						9,3
2	Газы
		274,047	74,74			199,307
		0,84			0,42	0,42
	О	32,4+7 = 39,4		4,38		35,02
		0				0
		850,304					850,304
ИТОГО	1173,891	74,74	4,38	0,42	234,747	850,304	9,3



Количество влаги, содержащееся в 100 кг. угольной пыли, 7,0кг.

Количество водорода, содержащееся в данном количестве воды ( = 18 ),

7 * = 0,778кг.

Количество кислорода, содержащееся в данном количестве воды,

7 * = 6,222кг.

В 274,047кг. ( = 44 ) содержится:

274,047 * = 74,74кг. углерода и 274,047 * = 199,31кг. кислорода.

В 0,84кг. ( = 64 ) содержится:

0,84 * = 0,42кг. серы и 0,84 * = 0,42кг. кислорода.

В 39,4кг. О ( = 18 ) содержится:

39,4 * = 4,38кг. водорода и 39,4 * = 35,02кг. кислорода.

Определение теплоты сгорания угольной пыли.

Расчёт теплоты сгорания твёрдого рабочего топлива ( , МДж/кг ) по известному элементарному составу производим, пользуясь полуэмпирической формулой Д. И. Менделеева:

= 0,339 + 1,03 - 0,109 ( - ) - 0,0251 (9 + );

= 0,339 * 74,74 + 1,3 * 3,6 - 0,109 (3,01 - 0,42) - 0,0251 (9 * 3,6 + 7) =

= 28,74561МДж/кг = 28745,61кДж/кг.

горение угольный пыль спекание

Определение теплоты горения угольной пыли.



Теоретическую температуру горения угольной пыли рассчитывают по формуле:

= ,

Где Q - физическое тело топлива и дутья , приходящееся на единицу веса топлива, кДж/кг;

- количество тепла, затрачиваемое на реакции диссоциации продуктов сгорания топлива ( О ), отнесённое к единице веса топлива, кДж/кг;

- сумма произведений объёмов газообразных продуктов горения, образующихся при сгорании единицы топлива, на теплоёмкости этих продуктов.

* * + * * ,

Где и степени диссоциации и О, определяющиеся на основании зависимости степени диссоциации и О от температуры и парциального давления;

и - объёмное содержание и О в продуктах горения, ;

и - теплоты диссоциации продуктов сгорания,

= 12740,3 кДж/; = 10794,7 кДж/,

Далее определяют значение Q при температуре воздуха и топлива 25?.



Q = * * * * * ;

Q = 1,3 * *25 + 1 * 1 *25 = 296,882кДж.

Чтобы определить значение , , , , необходимо задаться температурой горения. Пусть t = 2000?, тогда из зависимости степени диссоциации и О от температуры и парциального давления = 1,3; = 0,05 при парциальном давлении для 0,16 и дляО 0,06. Значение теплоёмкостей ( С, кДж/град ) при данной температуре составят:

= 2,493; = 1,962; = 1.481; = 2.385; = 1,562.

При этих условиях:

= = 1860.4°

Пусть температура составляет t = 1900?. При этой температуре: = 0,12; = 0,04. Значение теплоёмкостей ( С, кДж/град ) при t = 1900? составят: = 2,406; = 1,941; = 1.473; = 2.377; = 1,561. При этих условиях:

= = 1875,9° = 1876?

Таким образом, можно принять равной 1876?.

Теоретическую температуру горения топлива можно определить также с помощью диаграмм It, что ускоряет расчёты, но даёт менее точные результаты. Действительная максимальная температура газов в печи ( ) определяется из и значения пирометрического коэффициента ( ? ), учитывающие реальные условия горения. Коэффициент ? для вращающихся барабанных печей равен 0,7?0,8. Пусть коэффициент ? в данном случае составит 0,77. Тогда = 0.77 * 1876 = 1445?.

Пусть состав воздуха: 21 об. % и 79 об. % .

Тогда, вместе с требуемым количеством кислорода в составе воздуха будет подано азота: 225,517 * = 848,374кг. или 848,374 * = 678,7.

При коэффициенте избытка воздуха 1,3 в печь будет подано на 100кг. угольной пыли:

Кислорода: 225,517 * 1,3 = 293,172кг. или 293,172 * = 205,22.

Азота: 848,374 * 1,3 = 1102,886кг. или 1102,886 * = 882,31.

Воздуха: 293,172 + 1102,886 = 1396,058кг. или 205,22 + 882,31 = 1087,53.

В отходящих газах содержится:

Свободного кислорода; 293,172 - 225,517 = 67,655кг. или 67,655 * = 47,36.

Азота: 1102,886 +1,93 = 1104,816кг. или 1104,816 * = 883,85.

На основании выполненных расчётов получаем таблицы состава и количество отходящих газов, образующихся при горении 100кг. угольной пыли и материального баланса горения.

Таблица 4. Газы от горения 100кг. угольной пыли.

	всего			O
Количество, кг	1479,758	274,047	0,84	32,4	67,655	1104,816
Объем,	1269,19	139,51	0,29	40,32	205,22	883,85
Масс, %	100	18,52	0,06	2,19	4,57	74,66
Об. %	100	10,99	0,02	3,18	16,17	69,64



Таблица 5. Материальный баланс горения угольной пыли.

№		Всего	С	Н	S	O	N	Прочие
ПОСТУПИЛО
1	Угольная пыль	100,00	74,74	3,6+0,78 = 4,38	0,42	3,01+6,22 = 9,23	1,93	9,3
2	Воздух	1396,058				293,172	1102,886
	ИТОГО	1496,058	74,74	4,38	0,42	302,402	1104,816	9,3
ПОЛУЧЕНО
1	Зола	9,3						9,3
2	Газы
		274,047	74,74			199,307
		0,84			0,42	0,42
	O	32,4+7 = 39,4		4,38		35,02
		67,655				67,655
		1104,816					1104,816
ИТОГО	1496,058	74,74	4,38	0,42	302,402	1104,816	9,3

Количество влаги, содержащееся в 100 кг. угольной пыли, 7,0кг. Количество водорода, содержащееся в данном количестве воды ( = 18 ),

7 * = 0,778кг.

Количество кислорода, содержащееся в данном количестве воды,

7 * = 6,222кг.

В 274,047кг. ( = 44 ) содержится:

274,047 * = 74,74кг. углерода и 274,047 * = 199,31кг. кислорода.

В 0,84кг. ( = 64 ) содержится:

0,84 * = 0,42кг. серы и 0,84 * = 0,42кг. кислорода.

В 39,4кг. О ( = 18 ) содержится:

39,4 * = 4,38кг. водорода и 39,4 * = 35,02кг. кислорода.



Определение теплоты сгорания угольной пыли.

Расчёт теплоты сгорания твёрдого рабочего топлива ( , МДж/кг ) по известному элементарному составу производим, пользуясь полуэмпирической формулой Д. И. Менделеева:

= 0,339 + 1,03 - 0,109 ( - ) - 0,0251 (9 + );

= 0,339 * 74,74 + 1,3 * 3,6 - 0,109 (3,01 - 0,42) - 0,0251 (9 * 3,6 + 7) =

= 28,74561МДж/кг = 28745,61кДж/кг.

Определение теплоты горения угольной пыли.

Теоретическую температуру горения угольной пыли рассчитывают по формуле:

= ,

Где Q - физическое тело топлива и дутья , приходящееся на единицу веса топлива, кДж/кг;

- количество тепла, затрачиваемое на реакции диссоциации продуктов сгорания топлива ( О ), отнесённое к единице веса топлива, кДж/кг;

- сумма произведений объёмов газообразных продуктов горения, образующихся при сгорании единицы топлива, на теплоёмкости этих продуктов.

* * + * * ,

Где и степени диссоциации и О, определяющиеся на основании зависимости степени диссоциации и О от температуры и парциального давления;

и - объёмное содержание и О в продуктах горения, ;

и - теплоты диссоциации продуктов сгорания,

= 12740,3 кДж/; = 10794,7 кДж/,

Далее определяют значение Q при температуре воздуха и топлива 25?.

Q = * * * * * ;

Q = 1,3 * *25 + 1 * 1 *25 = 296,882кДж.

Чтобы определить значение , , , , необходимо задаться температурой горения. Пусть t = 2000?, тогда из зависимости степени диссоциации и О от температуры и парциального давления = 1,3; = 0,05 при парциальном давлении для 0,16 и дляО 0,06. Значение теплоёмкостей ( С, кДж/град ) при данной температуре составят:

= 2,493; = 1,962; = 1.481; = 2.385; = 1,562.

При этих условиях:

= = 1472,1°

Пусть температура составляет t = 1900?. При этой температуре: = 0,12; = 0,04. Значение теплоёмкостей ( С, кДж/град ) при t = 1900? составят:



= 2,406; = 1,941; = 1.473; = 2.377; = 1,561

При этих условиях:

= = 1493,8° = 1494?

Таким образом, можно принять равной 1494?.

Теоретическую температуру горения топлива можно определить также с помощью диаграмм It, что ускоряет расчёты, но даёт менее точные результаты. Действительная максимальная температура газов в печи ( ) определяется из и значения пирометрического коэффициента ( ? ), учитывающие реальные условия горения. Коэффициент ? для вращающихся барабанных печей равен 0,7?0,8. Пусть коэффициент ? в данном случае составит 0,77. Тогда = 0.77 * 1494 = 1150?.

Пусть состав воздуха: 30 об. % и 70 об. % . Тогда, вместе с требуемым количеством кислорода в составе воздуха будет подано азота:

225,517 * = 526,206кг. или 526,206 * = 420,96.

Коэффициент избытка воздуха (б) при спекании бокситов во вращающихся печах на практике составляет 1,05?1,10, что соответствует содержанию в газах 0,4?2% .

При коэффициенте избытка воздуха 1,00 в печь будет подано на 100кг. угольной пыли.

Кислорода: 225,517 * 1,0 = 225,517кг. или 225,517 * = 157,86.

Азота: 526,206 * 1,0 = 526,206кг. или 526,206 * = 368,34.

Воздуха: 225,517 + 526,206 = 751,723кг. или 157,86 + 368,34 = 526,2.

В отходящих газах содержится: Свободного кислорода: 225,517 - 225,517 = 0 или 0 * = 0.

Азота: 526,206 + 1,93 = 528,136кг. или 528,136 * = 422,51.

На основании выполненных расчётов получаем таблицы состава и количества отходящих газов, образующих при горении100 кг. угольной пыли и материального баланса горения .

Таблица 6. Газы от горения 100 кг. угольной пыли.

	всего			О
Количество, кг.	835,423	274,047	0,84	32,4	0	528,136
Объем, .	602,63	139,51	0,29	40,32	0	422,51
Масс. %	100	32,8	0,1	3,88	0	63,22
Об. %	100	23,15	0,05	6,69	0	70,11

Таблица 7. Материальный баланс горения угольной пыли, кг.

№		Всего	С	Н	S	O	N	Прочие
ПОСТУПИЛО
1	Угольная пыль	100	74,74	3,6+0,78 = 4,38	0,42	3,01+6,22 = 9,23	1,93	9,3
2	Воздух	751,723				225,517	526,206
	ИТОГО	851,723	74,74	4,38	0,42	234,747	528,136	9,3
ПОЛУЧЕНО
1	Зола	9,3						9,3
2	Газы
		274,047	74,74			199,307
		0,84			0,42	0,42
	О	32,4+7 = 39,4		4,38		35,02
		0				0
		528,136					528,136
ИТОГО	851,723	74,74	4,38	0,42	234,747	528,136	9,3



Количество влаги, содержащееся в 100 кг. угольной пыли, 7,0кг.

Количество водорода, содержащееся в данном количестве воды ( = 18 ),

7 * = 0,778кг.

Количество кислорода, содержащееся в данном количестве воды,

7 * = 6,222кг.

В 274,047кг. ( = 44 ) содержится:

274,047 * = 74,74кг. углерода и 274,047 * = 199,31кг. кислорода.

В 0,84кг. ( = 64 ) содержится:

0,84 * = 0,42кг. серы и 0,84 * = 0,42кг. кислорода.

В 39,4кг. О ( = 18 ) содержится:

39,4 * = 4,38кг. водорода и 39,4 * = 35,02кг. кислорода.

Определение теплоты сгорания угольной пыли.

Расчёт теплоты сгорания твёрдого рабочего топлива ( , МДж/кг ) по известному элементарному составу производим, пользуясь полуэмпирической формулой Д. И. Менделеева:

= 0,339 + 1,03 - 0,109 ( - ) - 0,0251 (9 + );

= 0,339 * 74,74 + 1,3 * 3,6 - 0,109 (3,01 - 0,42) - 0,0251 (9 * 3,6 + 7) =

= 28,74561МДж/кг = 28745,61кДж/кг.

Определение теплоты горения угольной пыли.



Теоретическую температуру горения угольной пыли рассчитывают по формуле:

= ,

Где Q - физическое тело топлива и дутья , приходящееся на единицу веса топлива, кДж/кг;

- количество тепла, затрачиваемое на реакции диссоциации продуктов сгорания топлива ( О ), отнесённое к единице веса топлива, кДж/кг;

- сумма произведений объёмов газообразных продуктов горения, образующихся при сгорании единицы топлива, на теплоёмкости этих продуктов.

* * + * * ,

Где и степени диссоциации и О, определяющиеся на основании зависимости степени диссоциации и О от температуры и парциального давления;

и - объёмное содержание и О в продуктах горения, ;

и - теплоты диссоциации продуктов сгорания,

= 12740,3 кДж/; = 10794,7 кДж/,

Далее определяют значение Q при температуре воздуха и топлива 25?.



Q = * * * * * ;

Q = 1,3 * *25 + 1 * 1 *25 = 296,882кДж.

Чтобы определить значение , , , , необходимо задаться температурой горения. Пусть t = 2000?, тогда из зависимости степени диссоциации и О от температуры и парциального давления = 1,3; = 0,05 при парциальном давлении для 0,16 и дляО 0,06. Значение теплоёмкостей (С, кДж/град ) при данной температуре составят:

= 2,493; = 1,962; = 1.481; = 2.385; = 1,562.

При этих условиях:

= = 2540,9°

Пусть температура составляет t = 1900?. При этой температуре: = 0,12; = 0,04. Значение теплоёмкостей ( С, кДж/град ) при t = 1900? составят:

= 2,406; = 1,941; = 1.473; = 2.377; = 1,561

При этих условиях:

= = 2537,5° = 2538?



Таким образом, можно принять равной 2538?.

Теоретическую температуру горения топлива можно определить также с помощью диаграмм It, что ускоряет расчёты, но даёт менее точные результаты. Действительная максимальная температура газов в печи ( ) определяется из и значения пирометрического коэффициента ( ? ), учитывающие реальные условия горения. Коэффициент ? для вращающихся барабанных печей равен 0,7?0,8. Пусть коэффициент ? в данном случае составит 0,77. Тогда = 0.77 * 2538 = 1954?.

Пусть состав воздуха: 30 об. % и 70 об. % .

Тогда, вместе с требуемым количеством кислорода в составе воздуха будет подано азота: 225,517 * = 526,206кг. или 526,206 * = 420,96.

При коэффициенте избытка воздуха 1,3 в печь будет подано на 100кг. угольной пыли:

Кислорода: 225,517 * 1,3 = 293,172кг. или 293,172 * = 205,22.

Азота: 526,206 * 1,3 = 684,068кг. или 684,068 * = 478,85.

Воздуха: 293,172 + 684,068 = 977,24кг. или 205,22 + 478,85 = 684,07.

В отходящих газах содержится:

Свободного кислорода; 293,172 - 225,517 = 67,655кг. или 67,655 * = 47,36.

Азота: 684,068 +1,93 = 685,998кг. или 685,998 * = 548,8.

На основании выполненных расчётов получаем таблицы состава и количество отходящих газов, образующихся при горении 100кг. угольной пыли и материального баланса горения.

Таблица 8. Газы от горения 100кг. угольной пыли.

	всего			O
Количество, кг	11060,94	274,047	0,84	32,4	67,655	685,998
Объем,	934,14	139,51	0,29	40,32	205,22	548,8
Масс, %	100	25,83	0,08	3,05	6,38	64,66
Об. %	100	14,93	0,03	4,32	21,97	58,75

Таблица 9. Материальный баланс горения угольной пыли.

№		Всего	С	Н	S	O	N	Прочие
ПОСТУПИЛО
1	Угольная пыль	100,00	74,74	3,6+0,78 = 4,38	0,42	3,01+6,22 = 9,23	1,93	9,3
2	Воздух	977,24				293,172	684,068
	ИТОГО	1077,24	74,74	4,38	0,42	302,402	685,998	9,3
ПОЛУЧЕНО
1	Зола	9,3						9,3
2	Газы
		274,047	74,74			199,307
		0,84			0,42	0,42
	O	32,4+7 = 39,4		4,38		35,02
		67,655				67,655
		685,998					685,998
ИТОГО	1077,24	74,74	4,38	0,42	302,402	685,998	9,3

Количество влаги, содержащееся в 100 кг. угольной пыли, 7,0кг.

Количество водорода, содержащееся в данном количестве воды ( = 18 ),

7 * = 0,778кг.

Количество кислорода, содержащееся в данном количестве воды,

7 * = 6,222кг.

В 274,047кг. ( = 44 ) содержится:

274,047 * = 74,74кг. углерода и 274,047 * = 199,31кг. кислорода.

В 0,84кг. ( = 64 ) содержится:

0,84 * = 0,42кг. серы и 0,84 * = 0,42кг. кислорода.

В 39,4кг. О ( = 18 ) содержится:

39,4 * = 4,38кг. водорода и 39,4 * = 35,02кг. кислорода.

Определение теплоты сгорания угольной пыли.

Расчёт теплоты сгорания твёрдого рабочего топлива ( , МДж/кг ) по известному элементарному составу производим, пользуясь полуэмпирической формулой Д. И. Менделеева:

= 0,339 + 1,03 - 0,109 ( - ) - 0,0251 (9 + );

= 0,339 * 74,74 + 1,3 * 3,6 - 0,109 (3,01 - 0,42) - 0,0251 (9 * 3,6 + 7) =

= 28,74561МДж/кг = 28745,61кДж/кг.

Определение теплоты горения угольной пыли.

Теоретическую температуру горения угольной пыли рассчитывают по формуле:

= ,

Где Q - физическое тело топлива и дутья , приходящееся на единицу веса топлива, кДж/кг;

- количество тепла, затрачиваемое на реакции диссоциации продуктов сгорания топлива ( О ), отнесённое к единице веса топлива, кДж/кг;

- сумма произведений объёмов газообразных продуктов горения, образующихся при сгорании единицы топлива, на теплоёмкости этих продуктов.



* * + * * ,

Где и степени диссоциации и О, определяющиеся на основании зависимости степени диссоциации и О от температуры и парциального давления;

и - объёмное содержание и О в продуктах горения, ;

и - теплоты диссоциации продуктов сгорания,

= 12740,3 кДж/; = 10794,7 кДж/,

Далее определяют значение Q при температуре воздуха и топлива 25?.

Q = * * * * * ;

Q = 1,3 * *25 + 1 * 1 *25 = 296,882кДж.

Чтобы определить значение , , , , необходимо задаться температурой горения. Пусть t = 2000?, тогда из зависимости степени диссоциации и О от температуры и парциального давления = 1,3; = 0,05 при парциальном давлении для 0,16 и дляО 0,06. Значение теплоёмкостей (С, кДж/град ) при данной температуре составят:

= 2,493; = 1,962; = 1.481; = 2.385; = 1,562.

При этих условиях:



= = 2031.9°

Пусть температура составляет t = 1900?. При этой температуре: = 0,12; = 0,04. Значение теплоёмкостей ( С, кДж/град ) при t = 1900? составят:

= 2,406; = 1,941; = 1.473; = 2.377; = 1,561

При этих условиях:

= = 2062.4° = 2062?

Таким образом, можно принять равной 2062?.

Теоретическую температуру горения топлива можно определить также с помощью диаграмм It, что ускоряет расчёты, но даёт менее точные результаты. Действительная максимальная температура газов в печи ( ) определяется из и значения пирометрического коэффициента ( ? ), учитывающие реальные условия горения. Коэффициент ? для вращающихся барабанных печей равен 0,7?0,8. Пусть коэффициент ? в данном случае составит 0,77. Тогда = 0.77 * 2062 = 1588?.

	21% б = 1,0	21% б = 1,3	30% б = 1,0	30% б = 1,3
	199,307	199,307	199,307	199,307
	0,42	0,42	0,42	0,42
O	35,02	35,02	35,02	35,02
	0	67,655	0	67,655
Воздух	225,517	293,172	225,517	293,172
Q	28745,61	28745,61	28745,61	28745,61
,	1876	1494	2538	2062
Объём воздуха	836,56	1087,53	526,2	684,07



Перечень использованной литературы

Теплотехника. Программа и методические указания к выполнению курсового проекта. М. Ю. Кузьмина. Иркутск 2005г.

Металлургическая теплотехника. Том 1. Теоретические основы: В. А. Кривандин, В. А. Артюнов, Б. С. Мастрюков и др. Москва 1986г.

Размещено на Allbest.ru