Учебная работа. Расчет процесса горения топлива

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...

Расчет процесса горения топлива

Расчёт процесса горения топлива


Состав топлива

Содержание

Сг

Ог

Аа

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.

Учебная работа. Расчет процесса горения топлива