Расчет процесса горения топлива

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Расчёт процесса горения топлива

Состав топлива

Содержание	Сг	Hг	Nг	Ог	Sг	Аа	Wр
Масс%	93,5	1,7	0,7	3,3	0,8	20,0	7,5

1. Пересчёт состава топлива на рабочую массу (в массовых %)

2. Состав топлива в мольных объёмах (на 100 кг топлива заданного состава). Расчёт проводим на 100% или на 100 кг топлива заданного состава

горение топливо теплотворный калориметрический

3. Удельный расход кислорода в мольных объёмах (на 100 кг топлива заданного состава)

5,766: 5,766 м.о. О₂

0,630: 0,315 м.о. О₂

0,018: 0,018 м.о. О₂

У О₂ = 6,099 м. о. необходимо затратить на 100 кг топлива заданного состава. В топливе уже имеется 0,076 м. о. кислорода. Следовательно, из воздуха необходимо взять кислорода:

Расход воздуха в мольных объёмах необходимый на сжигание 100 кг топлива заданного состава.

Объём идеального газа при нормальных условиях:

Теоретический расход воздуха в м³ необходимого на сжигание 1 кг топлива заданного состава.

Действительный расход воздуха (с 30% избытком сверх стехиометрически необходимого) необходимый на сжигание 1 кг топлива заданного состава.

4. Найти состав и количество отходящих газов при сжигании топлива в атмосфере воздуха содержащей 21% кислорода (О₂ - 21 об.%, б - 1).

Таблица 2. Состав и количество продуктов сгорания (О₂ - 21 об.%, б - 1):

Вещество	Мольные объёмы	Молекулярный вес	m, кг	Масс, %	Об, %
СО2	5,766	44	253,704	27,92	19,54
Н2О	1,047	18	18,846	2,07	3,55
SО2	0,018	64	1,152	0,13	0,06
N2	22,677	28	634,956	69,88	76,85
	29,508		908,658	100	100

Объём продуктов сгорания:

5. Составление материального баланса сжигания топлива на воздухе (О₂ - 21 об.%, б - 1)

Таблица 3. Материальный баланс сжигания топлива (О₂ - 21 об.%, б - 1):

Приход	m, кг	Расход	m, кг
		Продукты:
Топливо	100	СО2	253,704
Воздух:		Н2О	18,846
О2: 6,023·1·32	192,736	SО2	1,152
		N2	634,956
N2: 22,658·1·28	634,424	Зола Ар	18,500
		Невязка Д	0,002
Всего:	927,160	Всего:	927,160

6. Расчёт состава и количества продуктов сгорания при избытке необогащенного кислородом воздуха (О₂ - 21 об.%, б - 1,3).

Таблица 4. Состав и количество продуктов сгорания (О₂ - 21 об.%, б - 1,3):

Вещество	Мольные объёмы	Молекулярный вес	m, кг	Масс, %	Об, %
СО2	5,766	44	253,704	21,93	15,13
Н2О	1,047	18	18,846	1,63	2,75
SО2	0,018	64	1,152	0,10	0,05
N2	29,474	28	825,272	71,34	77,33
О2	1,807	32	57,824	5,00	4,74
	38,112		1156,798	100	100

Объём продуктов сгорания:

7. Составление материального баланса сжигания топлива в необогащённом воздухе (О₂ - 21 об.%, б - 1,3)

Таблица 5. Материальный баланс сжигания топлива (О₂ - 21 об.%, б - 1,3):

Приход	m, кг	Расход	m, кг
		Продукты:
Топливо	100	СО2	253,704
Воздух:		Н2О	18,846
О2: 6,023·1,3·32	250,557	SО2	1,152
		N2	825,272
		О2	57,824
N2: 22,658·1,3·28	824,751	Зола Ар	18,500
		Невязка Д	0,01
Всего:	1175,308	Всего:	1175,308

8. У О₂ = 6,099 м. о. необходимо затратить на 100 кг топлива заданного состава. В топливе уже имеется 0,076 м. о. кислорода. Следовательно, из воздуха необходимо взять кислорода:

Расход воздуха в мольных объёмах необходимый на сжигание 100 кг топлива заданного состава.

Объём идеального газа при нормальных условиях:

Теоретический расход воздуха в м³ необходимого на сжигание 1 кг топлива заданного состава.

Действительный расход воздуха (с 30% избытком сверх стехиометрически необходимого) необходимый на сжигание 1 кг топлива заданного состава.

9. Найти состав и количество отходящих газов при сжигании топлива в атмосфере воздуха содержащей 30% кислорода (О₂ - 30 об.%, б - 1)

Таблица 6. Состав и количество продуктов сгорания (О₂ - 30 об.%, б - 1):

Вещество	Мольные объёмы	Молекулярный вес	m, кг	Масс, %	Об, %
СО2	5,766	44	253,704	37,99	27,58
Н2О	1,047	18	18,846	2,82	5,01
SО2	0,018	64	1,152	017	0,09
N2	14,073	28	394,044	59,01	67,32
	20,904		667,746	100	100

Объём продуктов сгорания:



10. Составление материального баланса сжигания топлива на воздухе (О₂ - 30 об.%, б - 1)

Таблица 7. Материальный баланс сжигания топлива (О₂ - 30 об.%, б - 1):

Приход	m, кг	Расход	m, кг
		Продукты:
Топливо	100	СО2	253,704
Воздух:		Н2О	18,846
О2: 6,023·1·32	192,736	SО2	1,152
		N2	394,044
N2: 14,054·1·28	393,512	Зола Ар	18,500
		Невязка Д	0,002
Всего:	686,248	Всего:	686,248

11. Расчёт состава и количества продуктов сгорания при избытке необогащенного кислородом воздуха (О₂ - 30 об.%, б - 1,3)

Таблица 8. Состав и количество продуктов сгорания (О₂ - 30 об.%, б - 1,3):

Вещество	Мольные объёмы	Молекулярный вес	m, кг	Масс, %	Об, %
СО2	5,766	44	253,704	30,07	21,41
Н2О	1,047	18	18,846	2,23	3,89
SО2	0,018	64	1,152	0,14	0,07
N2	18,289	28	512,092	60,70	67,92
О2	1,807	32	57,824	6,85	6,71
	26,927		843,618	100	100

Объём продуктов сгорания:

12. Составление материального баланса сжигания топлива в необогащённом воздухе (О₂ -30 об.%, б - 1,3)

Таблица 9. Материальный баланс сжигания топлива (О₂ - 30 об.%, б - 1,3):

Приход	m, кг	Расход	m, кг
		Продукты:
Топливо	100	СО2	253,704
Воздух:		Н2О	18,846
О2: 6,023·1,3·32	250,557	SО2	1,152
		N2	512,092
		О2	57,824
N2: 14,054·1,3·28	511,566	Зола Ар	18,500
		Невязка Д	0,005
Всего:	862,123	Всего:	862,123

13. У О₂ = 6,099 м. о. необходимо затратить на 100 кг топлива заданного состава. В топливе уже имеется 0,076 м. о. кислорода. Следовательно, из воздуха необходимо взять кислорода:



Расход воздуха в мольных объёмах необходимый на сжигание 100 кг топлива заданного состава.

Объём идеального газа при нормальных условиях:

Теоретический расход воздуха в м³ необходимого на сжигание 1 кг топлива заданного состава.

Действительный расход воздуха (с 30% избытком сверх стехиометрически необходимого) необходимый на сжигание 1 кг топлива заданного состава.

14. Найти состав и количество отходящих газов при сжигании топлива в атмосфере воздуха содержащей 30% кислорода (О₂ -100 об.%, б - 1)

Таблица 10. Состав и количество продуктов сгорания (О₂ - 100 об.%, б - 1):

Вещество	Мольные объёмы	Молекулярный вес	m, кг	Масс, %	Об, %
СО2	5,766	44	253,704	92,51	84,18
Н2О	1,047	18	18,846	6,87	15,28
SО2	0,018	64	1,152	0,42	0,26
N2	0,019	28	0,532	0,19	0,28
	6,850		274,234	100	100

Объём продуктов сгорания:

15. Составление материального баланса сжигания топлива на воздухе (О₂ - 100 об.%, б - 1)

Таблица 11. Материальный баланс сжигания топлива (О₂ - 100 об.%, б - 1):

Приход	m, кг	Расход	m, кг
		Продукты:
Топливо	100	СО2	253,704
Воздух:		Н2О	18,846
О2: 6,023·1·32	192,736	SО2	1,152
		N2	0,532
		Зола Ар	18,500
		Невязка Д	0,002
Всего:	292,736	Всего:	292,736

16. Расчёт состава и количества продуктов сгорания при избытке необогащенного кислородом воздуха (О₂ - 100 об.%, б - 1,3)

Таблица 12. Состав и количество продуктов сгорания (О₂ - 100 об.%, б - 1,3):

Вещество	Мольные объёмы	Молекулярный вес	m, кг	Масс, %	Об, %
СО2	5,766	44	253,704	76,40	66,61
Н2О	1,047	18	18,846	5,68	12,09
SО2	0,018	64	1,152	0,35	0,21
N2	0,019	28	0,532	0,16	0,22
О2	1,807	32	57,824	17,41	20,87
	8,657		332,058	100	100

Объём продуктов сгорания:

17. Составление материального баланса сжигания топлива в необогащённом воздухе (О₂ - 100 об.%, б - 1,3)

Таблица 13. Материальный баланс сжигания топлива (О₂ - 100 об.%, б - 1,3):

Приход	m, кг	Расход	m, кг
		Продукты:
Топливо	100	СО2	253,704
Воздух:		Н2О	18,846
О2: 6,023·1,3·32	250,557	SО2	1,152
		N2	0,532
		О2	57,824
		Зола Ар	18,500
		Невязка Д	0,001
Всего:	350,557	Всего:	350,557

18. Расчёт низшей теплоты сгорания рабочего топлива в мДж/кг по известному элементарному составу

= 0,339 · 69,19 + 1,03 · 1,26 - 0,109 (2,44 - 0,59) - 0,0251 (9 · 1,26 + 7,5) =

= 23,45541 + 1,2978 - 0,20165 - 0,472884 = 24,078676 мДж/кг = 24078,676 кДж/кг

19. Определение теоретической или калориметрической температуры процесса горения в необогащённом воздухе (О₂ - 21 об.%, б - 1)

Начальная энтальпия продуктов сгорания :

= 6,61 м³/кг

Задаёмся предварительной температурой и определяем энтальпию продуктов сгорания полученного состава при данной температуре.

Таблица 14. Задаёмся Т₁ = 2073 К (1800 ⁰С), (О₂ - 21 об.%, б - 1)

Вещество	Доля компонентов в смеси	Энтальпии отходящих газов	Энтальпия сгорания каждого из компонентов отходящих газов в смеси
СО2	0,2792	1041,48	290,781
Н2О	0,0207	819,18	16,957
SО2	0,0013	1000,80	1,301
N2	0,6988	632,16	441,753

Таблица 15. Задаёмся Т₂ = 2273 К (2000 ⁰С), (О₂ - 21 об.%, б - 1)

Вещество	Доля компонентов в смеси	Энтальпии отходящих газов	Энтальпия сгорания каждого из компонентов отходящих газов в смеси
СО2	0,2792	1172,80	327,446
Н2О	0,0207	929,00	19,230
SО2	0,0013	1200,00	1,560
N2	0,6988	709,40	495,729



20. Определение теоретической или калориметрической температуры процесса горения в необогащённом воздухе (О₂ - 21 об.%, б - 1,3)

Начальная энтальпия продуктов сгорания :

= 8,537 м³/кг

Задаёмся предварительной температурой и определяем энтальпию продуктов сгорания полученного состава при данной температуре.

Таблица 16. Задаёмся Т₁ = 2073 К (1800 ⁰С), (О₂ - 21 об.%, б - 1,3)

Вещество	Доля компонентов в смеси	Энтальпии отходящих газов	Энтальпия сгорания каждого из компонентов отходящих газов в смеси
СО2	0,2193	1041,48	228,397
Н2О	0,0163	819,18	13,353
SО2	0,0010	1000,80	1,001
N2	0,7134	632,16	450,983
О2	0,0500	668,88	33,444

Таблица 17. Задаёмся Т₂ = 2273 К (2000 ⁰С), (О₂ - 21 об.%, б - 1,3):

Вещество	Доля компонентов в смеси	Энтальпии отходящих газов	Энтальпия сгорания каждого из компонентов отходящих газов в смеси
СО2	0,2193	1172,80	257,195
Н2О	0,0163	929,00	15,143
SО2	0,0010	1200,00	1,200
N2	0,7134	709,40	506,086
О2	0,0500	750,60	37,530

21. Определение теоретической или калориметрической температуры процесса горения в необогащённом воздухе (О₂ - 30 об.%, б - 1)

Начальная энтальпия продуктов сгорания :

= 4,683 м³/кг

Задаёмся предварительной температурой и определяем энтальпию продуктов сгорания полученного состава при данной температуре.

Таблица 18. Задаёмся Т₁ = 2073 К (1800 ⁰С), (О₂ - 30 об.%, б - 1)

Вещество	Доля компонентов в смеси	Энтальпии отходящих газов	Энтальпия сгорания каждого из компонентов отходящих газов в смеси
СО2	0,3799	1041,48	395,658
Н2О	0,0282	819,18	23,101
SО2	0,0017	1000,80	1,701
N2	0,5901	632,16	373,038

Таблица 19. Задаёмся Т₂ = 2273 К (2000 ⁰С), (О₂ - 30 об.%, б - 1)

Вещество	Доля компонентов в смеси	Энтальпии отходящих газов	Энтальпия сгорания каждого из компонентов отходящих газов в смеси
СО2	0,3799	1172,80	445,547
Н2О	0,0282	929,00	26,198
SО2	0,0017	1200,00	2,040
N2	0,5901	709,40	418,617

22. Определение теоретической или калориметрической температуры процесса горения в необогащённом воздухе (О₂ - 30 об.%, б - 1,3)

Начальная энтальпия продуктов сгорания :

= 6,032 м³/кг

Задаёмся предварительной температурой и определяем энтальпию продуктов сгорания полученного состава при данной температуре.

Таблица 20. Задаёмся Т₁ = 2073 К (1800 ⁰С), (О₂ - 30 об.%, б - 1,3)

Вещество	Доля компонентов в смеси	Энтальпии отходящих газов	Энтальпия сгорания каждого из компонентов отходящих газов в смеси
СО2	0,3007	1041,48	313,173
Н2О	0,0223	819,18	18,268
SО2	0,0014	1000,80	1,401
N2	0,6070	632,16	383,721
О2	0,0685	668,88	45,818

Таблица 21. Задаёмся Т₂ = 2273 К (2000 ⁰С), (О₂ - 30 об.%, б - 1,3)

Вещество	Доля компонентов в смеси	Энтальпии отходящих газов	Энтальпия сгорания каждого из компонентов отходящих газов в смеси
СО2	0,3007	1172,80	352,661
Н2О	0,0223	929,00	20,717
SО2	0,0014	1200,00	1,680
N2	0,6070	709,40	430,606
О2	0,0685	750,60	51,416

23. Определение теоретической или калориметрической температуры процесса горения в необогащённом воздухе (О₂ - 100 об.%, б - 1)

Начальная энтальпия продуктов сгорания :

= 1,534 м³/кг

Задаёмся предварительной температурой и определяем энтальпию продуктов сгорания полученного состава при данной температуре.

Таблица 22. Задаёмся Т₁ = 2073 К (1800 ⁰С), (О₂ - 100 об.%, б - 1)

Вещество	Доля компонентов в смеси	Энтальпии отходящих газов	Энтальпия сгорания каждого из компонентов отходящих газов в смеси
СО2	0,9251	1041,48	963,473
Н2О	0,0687	819,18	56,278
SО2	0,0042	1000,80	4,203
N2	0,0019	632,16	1,201

Таблица 23. Задаёмся Т₂ = 2273 К (2000 ⁰С), (О₂ - 100 об.%, б - 1)

Вещество	Доля компонентов в смеси	Энтальпии отходящих газов	Энтальпия сгорания каждого из компонентов отходящих газов в смеси
СО2	0,9251	1172,80	1084,957
Н2О	0,0687	929,00	63,822
SО2	0,0042	1200,00	5,040
N2	0,0019	709,40	1,348

24. Определение теоретической или калориметрической температуры процесса горения в необогащённом воздухе (О₂ - 100 об.%, б - 1,3)

Начальная энтальпия продуктов сгорания :

= 1,939 м³/кг

Задаёмся предварительной температурой и определяем энтальпию продуктов сгорания полученного состава при данной температуре.

Таблица 24. Задаёмся Т₁ = 2073 К (1800 ⁰С), (О₂ - 100 об.%, б - 1,3)

Вещество	Доля компонентов в смеси	Энтальпии отходящих газов	Энтальпия сгорания каждого из компонентов отходящих газов в смеси
СО2	0,7640	1041,48	795,691
Н2О	0,0568	819,18	46,529
SО2	0,0035	1000,80	3,503
N2	0,0016	632,16	1,011
О2	0,1741	668,88	116,452

Таблица 25. Задаёмся Т₂ = 2273 К (2000 ⁰С), (О₂ - 100 об.%, б - 1,3)

Вещество	Доля компонентов в смеси	Энтальпии отходящих газов	Энтальпия сгорания каждого из компонентов отходящих газов в смеси
СО2	0,7640	1172,80	896,019
Н2О	0,0568	929,00	52,767
SО2	0,0035	1200,00	4,200
N2	0,0016	709,40	1,135
О2	0,1741	750,60	130,679

25. Сравнение результатов

Таблица 26. Сравнительная таблица результатов расчёта процесса горения при различных условиях

	О2 - 21 об%	О2 - 30 об%	О2 - 100 об%
	б - 1	б - 1,3	б - 1	б - 1,3	б - 1	б - 1,3
	27367,315
Тк, К	2268	1910	2854	2408	4973	5002
Тд, К	1710	1433	2141	1806	3730	3752
Мольный объём	35,035	45,028	25,043	32,037	8,724	10,822
Масса газовой фазы, mГ, кг	908,658	1156,798	667,746	843,618	274,234	332,058
Объём продуктов сгорания VГ, м3/кг	7,848	10,086	5,610	7,176	1,954	2,424
Объёмный вес, , кг/м3	1,338	1,355	1,374	1,358	1,605	1,571
Абсолютная невязка	0,006	0,014	0,006	0,004	0,006	0,012
Относительная невязка , %	5,66·10-4	10,38·10-4	7,69·10-4	4,06·10-4	1,85·10-4	30,69·10-4
Начальная энтальпия продуктов сгорания i0, кДж/м3	833,454	648,517	1165,944	911,503	2858,200	2698,410
Масс.%	СО2	24,99	19,62	34,08	26,94	83,73	68,96
	Н2О	4,57	3,58	6,22	4,92	15,29	12,60
	SО2	0,08	0,06	0,11	0,09	0,27	0,22
	N2	70,36	71,72	59,59	61,17	0,71	0,59
	О2		5,02		6,89		17,64
Об.%	СО2	17,03	13,25	23,83	18,63	68,40	55,14
	Н2О	7,60	5,92	10,64	8,32	30,53	2462
	SО2	0,04	0,03	0,05	0,04	0,15	0,12
	N2	75,33	76,14	65,48	66,47	0,92	0,74
	О2		4,66		6,55		19,39
Масс. кг	СО2	262,548	262,548	262,548	262,548	262,548	262,548
	Н2О	49,952	47,952	47,952	47,952	47,952	47,952
	SО2	0,832	0,832	0,832	0,832	0,832	0,832
	N2	738,948	959,952	459,172	596,260	2,24	2,24
	О2		67,142		67,136		67,136

Вывод: чтобы выбрать наиболее подходящий процесс, надо учесть несколько факторов.

Чтобы Т_д не было слишком высокое, так как это сокращает срок службы печи.

Объём продуктов сгорания был наименьший в виду меньшей загрязняемости окружающей среды.

Объёмный вес был тоже меньше, так как он лучше будет уходить из зоны горения.

По этим пунктам наиболее подходят О₂ - 21 об.%, б - 1 и О₂ - 21 об.%, б - 1,3, но О₂ - 21 об.%, б - 1,3 более приемлемый экономически, так как более дешевле и горение менее интенсивнее, чем при О₂ - 21 об.%, б - 1.

Список литературы

1. Теплотехнические расчёты металлургических печей. Под редакцией Телегина А.С. Москва. 1993 г. 368 с.

2. Металлургические печи: атлас. Медкалинный В.А., Кривандин В.А., Морозов В.А., Сборщиков Г.С., Егоров А.В. Москва. 1987 г. 384 с.

3. Расчёты пирометаллургических процессов и аппаратуры цветной металлургии. Гальберг А.А. Шалыгин Н.Н. Шмотин Ю.Б. Челябинск. 1990 г. 448 с.

4. Расчёт печи кипящего слоя. Методические указания к дипломному и курсовому проекту. Жучков И.А. Иркутск. 1988 г. 31 с.

5. Тепломассообмен и металлургическая теплотехника. Методические указания к выполнению курсового проекта специальности 1102: металлургия цветных металлов. Кузьмина М.Ю. Иркутск. 1997 г. 27 с.

Размещено на Allbest.ru