Расчет процесса горения топлива
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 объемах (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
Σ 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
объемах 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.%, α —
1).
Таблица 2. Состав и
количество продуктов сгорания (О2 — 21 об.%,
α — 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.%,
α — 1)
Таблица 3. Материальный
баланс сжигания топлива (О2 — 21 об.%, α —
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 Δ
0,002
Всего:
927,160
Всего:
927,160
6. Расчёт состава и
количества продуктов сгорания при избытке необогащенного кислородом воздуха (О2
— 21 об.%, α — 1,3).
Таблица 4. Состав и
количество продуктов сгорания (О2 — 21 об.%,
α — 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.%, α — 1,3)
Таблица 5. Материальный
баланс сжигания топлива (О2 — 21 об.%, α — 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 Δ
0,01
Всего:
1175,308
Всего:
1175,308
8. Σ 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
объемах 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.%, α —
1)
Таблица 6. Состав и
количество продуктов сгорания (О2 — 30 об.%,
α — 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.%,
α — 1)
Таблица 7. Материальный
баланс сжигания топлива (О2 — 30 об.%, α —
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 Δ
0,002
Всего:
686,248
Всего:
686,248
11. Расчёт состава и
количества продуктов сгорания при избытке необогащенного кислородом воздуха (О2
— 30 об.%, α — 1,3)
Таблица 8. Состав и
количество продуктов сгорания (О2 — 30 об.%,
α — 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.%, α — 1,3)
Таблица 9. Материальный
баланс сжигания топлива (О2 — 30 об.%, α — 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
57,824
N2:
14,054·1,3·28
511,566
Зола Ар
18,500
Невязка Δ
0,005
Всего:
862,123
Всего:
862,123
13. Σ 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
объемах 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.%, α —
1)
Таблица 10. Состав и
количество продуктов сгорания (О2 — 100 об.%,
α — 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.%,
α — 1)
Таблица 11. Материальный
баланс сжигания топлива (О2 — 100 об.%, α —
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 Δ
0,002
Всего:
292,736
Всего:
292,736
16. Расчёт состава и
количества продуктов сгорания при избытке необогащенного кислородом воздуха (О2
— 100 об.%, α — 1,3)
Таблица 12. Состав и
количество продуктов сгорания (О2 — 100 об.%,
α — 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.%, α — 1,3)
Таблица 13. Материальный
баланс сжигания топлива (О2 — 100 об.%, α — 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 Δ
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.%,
α — 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.%,
α — 1)
ВеществоДоля компонентов в смесиЭнтальпии отходящих
газовЭнтальпия 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.%, α — 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.%, α — 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.%,
α — 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.%, α — 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.%, α — 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.%,
α — 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.%, α — 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.%, α — 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.%,
α — 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
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.%, α — 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.%, α — 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.%,
α — 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.%, α — 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.%, α — 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.%,
α — 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.%, α — 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%
α — 1
α — 1,3
α — 1
α — 1,3
α — 1
α — 1,3
27367,315
Тк, К
2268
1910
2854
2408
4973
5002
Тд, К
1710
1433
2141
1806
3730
3752
Мольный объём 35,03545,02825,04332,0378,72410,822
Масса газовой фазы, mГ,
кг
908,658
1156,798
667,746
843,618
274,234
332,058
объем продуктов сгорания VГ,
м3/кг
7,848
10,086
5,610
7,176
1,954
2,424
Объёмный вес, , кг/м31,3381,3551,3741,3581,6051,571
Абсолютная невязка 0,0060,0140,0060,0040,0060,012
Относительная невязка , %5,66·10-410,38·10-47,69·10-44,06·10-41,85·10-430,69·10-4
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.
1.
Чтобы Тд не было слишком высокое, так как это сокращает
срок службы печи.
2.
объем продуктов сгорания был наименьший в виду меньшей загрязняемости
окружающей среды.
3.
Объёмный вес был тоже меньше, так как он лучше будет уходить из
зоны горения.
По этим пунктам наиболее подходят О2
— 21 об.%, α — 1 и О2 — 21 об.%, α —
1,3, но О2 — 21 об.%, α —
1,3 более приемлемый экономически, так как более дешевле и горение
менее интенсивнее, чем при О2 — 21 об.%, α — 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.
. Расчёты пирометаллургических процессов и аппаратуры
цветной металлургии. Гальберг А.А. Шалыгин Н.Н. Шмотин Ю.Б. Челябинск. 1990 г.
448 с.
. Расчёт печи кипящего слоя. Методические указания к
дипломному и курсовому проекту. Жучков И.А. Иркутск. 1988 г. 31 с.
. Тепломассообмен и металлургическая теплотехника.
Методические указания к выполнению курсового проекта специальности 1102:
металлургия цветных металлов. Кузьмина М.Ю. Иркутск. 1997 г. 27 с.