Расчеты горения топлива

 

Теплотехника

Задание по теме: « Расчеты горения топлива».

Для топлива заданного состава выполнить полный расчет горения топлива, т.е.определить :

   1) Количество воздуха при теоретических и практических условиях.

   2) Количество и состав продуктов горения также при теоретических и практических    условиях.

   3)Составить материальный баланс при практических условиях, вычислить процентный состав и плотность дымовых газов.

   4) Определить теоретическую и практическую температуру горения топлива.

Газообразное топливо ( краснодарское ).

В-1

Дано:                 Решение:

CH4=93,2%       1) Кс →р=100(100+0,124*W)

C2H6=0,7%       Кс→ р=100(100+0,124*60)=0,93

C3H8=0,6%       переводим в рабочее состояние:

C4H10=0,6%     2) CH4р=CH4с*Кс р

        CH4р=93,2*0,93=86,88%

N2=4,9%           C2H6р=0,7*0,93=0,65%

W=60г/нм³     C3H8р=0,6*0,93=0,56%

В рабочее          C4H10р=0,6*0,93=0,56%

состояние        

                           N2р=4,9*0,93=4,56%    

                           3) Wр=100%-93%=7%

                           Qнр=358*80,8+637*4,8+913*1,06+1186*0,26=33260,14кДж/м³     

                                                                                                   

                                                                                                                                      4) Состояние горения топлива:

CH4+2O2=CO2+2H2O

86,68   173,36 86,68   173,36

C2H6+3,5O2=2O2+3H2O

0,65       2,28   1,5     1,95

C3H8+5O2=3CO2+4H2O

0,56     2,28   1,68     2,24    С4Н10+6,5О2=4СО2+5Н2О

 

 

5) Количество кислорода по реакции горения:

∑O2=161,6+16,8+5,3+1,69=185,39 м³

 

6) Количество азота :

N2=3,76*∑O2=3,76*185,39=697,07м³

N2=79%=3,76

O2  21%

 

7) £т=N2+O2=697,07+185,39=882,46м³

 

8) £пр=α*£т=1,05*882,46=926,58 м³

 

9) из-за воздуха Δ£=£пр-£т=926,58-882,46=44,12 м³

 

10) Кислород в избытке:

O2=Δ£*0,21=44,12*0,21=9,27 м³

 

11) Азот в избытке:

N2=Δ£*0,79=44,12*0,79=34,85 м³

 

12) Vт=∑СО2+∑H2O+∑N2+∑O2

∑CO2=CO2реакции+CO2топлива=80,8+9,6+3,18+1,04+1,15=95,77 м³

∑H2O=H2Oреакции+H2Oтоплива=

161,6+14,4+4,24+1,3+11=192,54 м³

∑N2=N2воздуха+N2топлива=

697,07+0,89=697,96 м³

Vт=95,77+192,54+697,96=986,27 м³

 

13) Vпр=Vт+ΔV , ΔV=Δ£=44,12

Vпр=986,27+44,12=1030,39 м³/100 м³

Vпр=1030,39 м³/м³

 

14) Определяем процентный состав  дымовых газов:

%CO2=mCO2*100%

             Vпр

%CO2=   95,77    *100%=9,29%

             1030,39

%H2O= 192,54*100%=18,69%

              1030,39

%N2=N2возд.+N2топл.+N2изб.*100%=

                            Vпр

=697,06+0,89+34,85*100%=71,12%

             1030,39

%O2= O2 *100%=    9,27  *100%=0,9%

         Vпр              1030,39

 

              ∑=100%

 

15) Материальный баланс.

№	Приход	кг	№	Расход	кг
1	Топливо: CH4=80,8*16             22,4 C2H6=4,8*30             22,4 C3H8=1,06*44               22,4 C4H10=0,26*58                22,4 N2=0,89*28           22,4 W(H2O)=11*18                  22,4 CO2=1,15*44            22,4	57,71   6,43   2,08   0,67   1,11   8,84   2,26	1	Дымовые газы: CO2=95,77*44               22,4 H2O=192,54*18              22,4 O2=9,27*32          22,4 N2=732,81*28            22,4	181,12   154,72   13,24   916,01
	Итого	79,1		Итого	1265,09
2	Воздух: O2=185,39*32*1,05           22,4 N2=697,07*28*1,05         22,4	278,08   914,9
	Итого	1272,08

 

Невязка=1272,08-1265,09*100%=0,54%

                      1272,08

 

 

16) Плотность дымовых газов.

ρдг=%CO2*MCO2+%CO2*MH2O+%N2*MN2+%O2*MO2=

                                    100*22,4

=9,29*44+18,69*18+71,12*28+0,9*32=1,23кг/м³

                         100*22,4

 

17)Qнр=358*%CH4+637*%C2H6+912*%C3H8+1180*%C4H10=

        =358*80,8+637*4,8+912*1,06+1186*0,26=33260,4кДж/м³

 

18) Расчитываем энтальпию.

i0=Qнр

     Vm

%CO2=9,29               0,0929 м³

%H2O=18,69            0,1869 м³

%N2=71,12               0,7112 м³

%O2=0,9                   0,009 м³

       100%                     1 м³

Vт=1030,39 м³

         100 м³

Vт=10,3 м³/м³

Qнр=33260,4 кДж/м³

i0=33260,4=2173,88 кДж/м³

       15,3

 

t1=1600º*iCO2=VCO2*CCO2*t1

iCO2=0,0929*2,3849*1600=354,49

iH2O=0,1869*1,8619*1600=556,78

iN2=0,7112*1,4554*1600=1656,13

iO2=0,009*1,5400*1600=22,18

∑i1=2589,58

 

t2=1700º

iCO2=0,0929*2,4042*1700=379,69

iH2O=0,1869*1,8841*1700=598,64

iN2=0,7112*1,4625*1700=1768,22

iO2=0,009*1,5483*1700=23,79

∑i2=2770,34

 

tк=t1+i0-i1*(t2-t1)

          i2-i1

 

tк=1600+2173,88-2589,58*(1700-1600)=1577

                 2770,34-2589,58

tт=£*tк=0,7*1577=1103,9º

Задание 2 по теме: «Основы механики и печных газов».

 

   1)Во всех заданиях принять, что в сечении C-C установлен жалюзийный пылеуловитель, сопротивление которого составляет 350 Па. Его влиянием на скорость газа пренебречь.

   2)Все каналы выполнены из кирпича.

 

Дано:

V0=4,0 нм³/сек.                    t1=550

p0дыма=1,4 кг/нм³                 t2=400

ℓ1=8 м                                    t3=300

ℓ2=4м                                     t4=250

ℓ3=2м                                     t5=200

ℓ4=6м                                       ρ0воздуха=1,22 кг/нм³                                    

FA-A=0,5*0,8                         tвоздуха=20º

FC-C=0,7*0,8                         степень открытия

FB-B=0,6*0,7                         шибера 45%

1) hпылеул.=350 Па.

2) Каналы из кирпича.

3)В сечении C-C установлен жалюзийный пылеуловитель.

 

∑hпотерь-?

 

Решение:

                            ℓ1               ℓ2                   ℓ3

∑hпотерь=h геом.+h тр.+h пов.+h тр.+h вн.р.+h тр.+h пылеул.+

                   49,44   123,71 198,84 44,48      8,39    9,53      350

                    l4

+hвн.суж.+hтр.+hшиб.

   15,23        53,4  515,83

 

1) hгеом=ℓ1*g(ptв-ptг)

g=9,81м/сек²

ptв=  p 0в          ptг=     p0г

       1+αtв               1+αtд.г.

ℓ1=8 м

tд=t1+t2=550+400=475º

2. 2

ptв=    1,22     =1,14 кг/нм³

        1+20/273

ptг=     1,4      =0,51 кг/нм³

       1+475/273

hгеом=8*9,81(1,14-0,51)=49,44 Па

 

2) hтрℓ1=К*W²0*p0(1+αt)

                       2

t=t1+t2=475º                     K=η*ℓ1/dг       η=0,05

       2

W0=  V0 =     4     =10 м/сек

       FA-A    0,5*0,8

dг=4F=4*0,5*0,8     =0,62 м

       P   2*(0,5+0,8)

hтрℓ1=0,05*  8  * 10²*1,4(1+475/273)=123,71 Па

                  0,62       2

 

3) hпов.=К*W²0*ρ0(1+αt)

                         2

FA-A=0,5*0,8=0,95=1, значит К=1,15

FB-B   0,6*0,7

t=t2=400º

W0= V0 =     4      =10 м/сек

        FA-A     0,5*0,8

hпов.=1,15*10²*1,14(1+400/273)=198,84 Па

                          2

 

4)hтрℓ2=К*W²0*ρ0(1+αt)

                        2

К=η*ℓ2/d2

dг=4FB-B=   4*0,6*0,7   =0,65 м

       P           2*(0,6+0,7)

 

t=t2+t3=400+300=350º

2. 2  

W0=  V0 =      4     =9,52 м/сек

        FB-B   0,6*0,7

hтрℓ2=0,05*  4  *9,52²*1,4(1+350/273)=44,48 Па

                0,65          2

 

5) hвн.р.=К*W²0*ρ0(1+αt)

                         2

К=(1-Fmin/Fmax)²=(1-0,6*0,7)²=0,063

                                 0,7*0,8

t=t3=300º

W0=  V0  =      4        =9,52 м/сек

       FB-B    0,6*0,7

hвн.р.=0,063*9,52²*1,4(1+300/273)=8,39 Па

                            2

 

6) hтрℓ3=К*W²0*ρ0(1+αt)

                        2

 

К=0,05*ℓ3/dг

t=t3+t4=300+250=275º

2. 2

W0= V0 =     4    =7,14 м/сек

       FC-C   0,7*0,8

dг=4FC-C=4*0,7*0,8 =0,75 м

       P       2(0,7+0,8)

hтрℓ3=0,05*  2  *7,14²*1,14(1+275/273)=9,53 Па

                    0,75          2

7) hпылеул=350 Па

8) hвн.суж.=К*W²0*ρ0(1+αt)

                           2

К=0,5(1-Fmin/Fmax)=0,5(1-0,6*0,7)=0,125

                                         0,7*0,8

t=t4=250º

W0=   V0 =    4     =9,52 м/сек

        FB-B 0,6*0,7

 

hвн.суж.=0,125*9,52²*1,4 (1+250/273)=15,23 Па

                               2

9) hтрℓ4= К*W²0*ρ0(1+αt)

                        2

dг=4FB-B= 4*0,6*0,7 =0,65 м

        P     2(0,6+0,7)

t=t4+t5=250+200=225º

2. 2

 

W0=   V0 =    4      =9,52 м/сек

       FB-B   0,6*0,7

 

hтрℓ4=0,05*   6    *9,52²*1,4(1+225/273)=53,4 Па

                    0,65          2

10) hшиб.= К*W²0*ρ0(1+αt)

                          2

Кшиб.=(Fmax/0,7Fmin-1)²

 

Fmax=FC-C=0,7*0,8

Fmin=Fmax*степень открытия =0,7*0,8*0,45=0,252 м²

                       шибера

К=(  0,7*0,8      -1)²=4,7

       0,7*0,252

t=t5=200º

 W0=   V0     =    4      =9,52 м/сек

         FB-B       0,6*0,7

hшиб.=4,7*9,52²*1,4(1+200/273)=515,83 Па

                        2

11) ∑hпотерь=49,44+123,71+198,84+44,48+8,39+9,53+350+15,23            +53,4+515,83=1368,85 Па.

 

 

Определить высоту дымовой трубы, предназначенной для удаления продуктов горения из методической нагревательной печи (труба кирпичная).

Дано:

1. Общие потери напора по газоходу ∑hпот.=1368,85 Па.
2. Температура дыма перед трубой 500º(принимаем).
3. Температура воздуха 20ºC.
4. Плотность воздуха(табл.д.) 1,2045 кг/м³.
5. Количество продуктов горения V0=4,0 нм³/сек.

Решение:

1. Находим площадь устья трубы, принимая скорость движения дыма 3 м/сек.

Fустья=V0/W=4/3=1,33 м²

2. Определяем диаметр устья трубы.

F=πd²/4 ,значит dустья= √4F/π=√4*1,33=1,3 м

                                                        3,14

3) Находим диаметр основания  трубы.

dосн.=1,5dустья=1,5*1,3=1,95 м

4. Скорость движения дымовых газов у основания трубы.

Wосн.=4V0  =     4*4         =1,34 м/сек.

             πd²    3,14*1,95²

5. Действительное напряжение , создаваемое дымовой трубой должно быть на 20-40% больше потерь напора при движении дымовых газов по трубе (принимаем 30%).

Hпот.действ.=1,3∑hпот.=1,3*1368,85=1779,5 Па

6. Для определения температуры дымовых газов в устье трубы предварительно определяем высоту дымовой трубы.

Hтеор.= hдейств.

          g(ρtв-ρtг)

ρ tв=   ρ0в  =   1,2045    =1,126 кг/м³

      1+αtв    1+20/273

 

ρ tг=   ρ0г    =      1,23      =0,4344 кг/м³

         1+αtг    1+500/273

tгаза=500ºC

Hтеор.=             1779,5        =262,27 м

           9,81(1,126-0,4344)

7) Падение температуры для кирпичной  трубы принимаем от 1-1,5º на 1 пог.м.

Δtср=1+1,5=1,25ºС

         2

Δt'=1,25*262,27=327,8ºС≈328ºC,тогда температура в устье трубы:

tустья=500-328=172ºC

 

8)Средняя температура в трубе.

tср=500+172=336ºC

            2

9) Находим средний диаметр трубы.

dср=dуст+dосн=1,3+1,95=1,625 м

2. 2

 

10) Находим среднюю площадь трубы.

Fср=πd²ср=3,14*1,625²=2,073 м²

         4              4

11) Находим среднюю скорость.

Wср= V0  =   4     =1,93 м/сек

          Fср     2,073

12) Определяем действительную длину  трубы, подставляя полученные данные  в формулу коэффициента трения  для кирпичной трубы λ=0,05.

Hдейств.=

hдейств.+ρtг*W²осн.(1+αtосн.)+ ρtг*W²уст.(1+αtуст.)

                    2                           2                          .                        

              g(ρtв-ρtг)- λ* ρtг*W²ср(1+αtср.)

                                    dср*2

Hдейств.=

1779,5+0,4344*1,34²(1+500/273)+0,4344*3²(1+172/273)=

                        2                                        2                         .

      9,81(1,126-0,4344)-0,05*0,4344*1,93(1+336/273)

                                         1,625*2

      1779,5+0,39*2,83+1,95*1,63=263,87 м

              6,79-0,0123*2,23