Расчёт горения топлива

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.

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 * = 199,307 кг.

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

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

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

3.

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

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

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

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

228,527 — 3,01 = 225,517 кг. 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 * = 848,374 кг. 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 100 кг. угольной пыли.

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

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

Воздуха: 225,517 + 848,374 = 1073,891 кг. 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 = 850,304 кг. 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.

Таблица 3. Материальный баланс горения угольной пыли, кг.

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

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

7 * = 0,778 кг.

Количество кислорода, содержащееся в данном количестве воды,

7 * = 6,222 кг.

В 274,047 кг. (= 44) содержится:

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

В 0,84 кг. (= 64) содержится:

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

В 39,4 кг. О (= 18) содержится:

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

= 28,74 561МДж/кг = 28 745,61кДж/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,

= 12 740,3 кДж/; = 10 794,7 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 * = 848,374 кг. или 848,374 * = 678,7.

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

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

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

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

В отходящих газах содержится:

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

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

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

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

Таблица 5. Материальный баланс горения угольной пыли.

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

7 * = 0,778 кг.

Количество кислорода, содержащееся в данном количестве воды,

7 * = 6,222 кг.

В 274,047 кг. (= 44) содержится:

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

В 0,84 кг. (= 64) содержится:

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

В 39,4 кг. О (= 18) содержится:

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

= 28,74 561МДж/кг = 28 745,61кДж/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,

= 12 740,3 кДж/; = 10 794,7 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 * = 526,206 кг. 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 100 кг. угольной пыли.

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

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

Воздуха: 225,517 + 526,206 = 751,723 кг. 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 = 528,136 кг. 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.

Таблица 7. Материальный баланс горения угольной пыли, кг.

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

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

7 * = 0,778 кг.

Количество кислорода, содержащееся в данном количестве воды,

7 * = 6,222 кг.

В 274,047 кг. (= 44) содержится:

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

В 0,84 кг. (= 64) содержится:

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

В 39,4 кг. О (= 18) содержится:

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

= 28,74 561МДж/кг = 28 745,61кДж/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,

= 12 740,3 кДж/; = 10 794,7 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 * = 526,206 кг. или 526,206 * = 420,96.

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

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

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

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

В отходящих газах содержится:

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

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

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

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

Таблица 9. Материальный баланс горения угольной пыли.

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

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

7 * = 0,778 кг.

Количество кислорода, содержащееся в данном количестве воды,

7 * = 6,222 кг.

В 274,047 кг. (= 44) содержится:

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

В 0,84 кг. (= 64) содержится:

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

В 39,4 кг. О (= 18) содержится:

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

= 28,74 561МДж/кг = 28 745,61кДж/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,

= 12 740,3 кДж/; = 10 794,7 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?.

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

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