Физико химические основы горения

 

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования  Саратовский Государственный Технический  Университет имени Гагарина Ю.А.

 

 

 

 

 

Физико-химические основы горения

 

 

 

 

 

Контрольная работа № 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила:

Студент

Гашников Н.А.

Группы – ПТЭз-31                                 

Проверил:

Пономарева Н.В.

 

 

 

 

 

 

г. Саратов 2012г.

 

Вопрос № 7. Зольность  топлива и ее влияние на работу огнетехнических установок.

Зольность топлива – это выраженная в процентах массовая доля негорючего остатка, получающегося после полного окисления (сгорания) горючих компонентов топлива. Химический состав минеральных примесей так же чаще всего узнают по составу золы. Последний и сам по себе представляет значительный интерес, так как от него зависит надежность работы систем удаления золы,  шлака из котлов.

Влияние зольности топлива  на работу огнетехнических установок

1. с ростом зольности снижается содержание горючих веществ в топливе,  следовательно,  снижается удельная теплота сгорания топлива,  а значит,  растет расход топлива;
2. низкая полнота сгорания;
3. происходит загрязнение поверхностей нагрева,  следовательно,  снижается  коэффициент теплопередачи,  поэтому снижается количество теплоты,  отдаваемое газами,  а значит,  растет  температура уходящих газов;
4. истирание труб поверхностей нагрева золовыми частицами;
5. повышается нагрузка на систему шлакозолоудаления.

 

Вопрос № 17. Искусственное газообразное топливо.

Горючие газовые смеси, получаемые в результате разнообразных технологических процессов переработки нефти и твердых горючих ископаемых.

Горючий газ считают побочным продуктом, если он относительно малоценный и образуется при производстве другой, целевой продукции.

Чаще встречаются такие  процессы, которые вместе с другими  продуктами дают горючий газ, представляющую значительную ценность. В данном случае производство следует рассматривать  как комплексное, многоцелевое.

К таким производствам  относят многие процессы переработки  нефти, связанные с разрушением  ее исходных молекул, например пиролиз, крекинг, коксование тяжелых нефтяных остатков.

Другим комплексным производством, в число которого входит горючий  газ, является коксование каменных углей. В этом процессе наряду с коксом для металлургии получают коксовый газ, содержащий простейшие углеводороды, главным образом метан, и много водорода.

В странах с жарким климатом, широкое применение получает биохимический  способ производства газового топлива  – биогаза, состоящего в основном из смеси СН₄ и СО_2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача № 1.

Даны состав топлива, коэффициент  расхода воздуха α = 1,27. Определить действительный расход воздуха, необходимого для горения топлива, и объем образовавшихся продуктов сгорания.

Месторождение угля	Марка	Состав рабочей массы, %
		Wp	Ap	Spk	Spоб	Cp	Hp	Np	Op
Челябинское	БЗ	18,0	29,5	0,0	1,0	37,3	2,8	0,9	10,5

Минимальное (теоретическое) количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1 кг твердого или жидкого топлива, м³/кг. Определяется по формуле:

V⁰ = 0,0889 × C^p + 0,265 × H^p - 0,0333 × (O^p - S^p_об),

V⁰ = 0,0889 × 37,3 + 0,265 × 0,8 - 0,0333 × (10,5 – 1,0) = 3,31597 + 0,212 - 0,34965 = 3,17832

Действительное количество воздуха, м³/кг, определяется:

V = α × V⁰,

V = 1,27 × 3,7832 = 4,0364664.

Объем продуктов сгорания, образовавшихся при сжигании 1 кг топлива с теоретически необходимым количеством воздуха, м³/кг, равен сумме объемов компонентов, составляющих продукты сгорания:

V⁰_г = V_RO2 +  V⁰_N2 + V⁰_H2O,

где объем сгорания каждого компонента будут равны:

V_RO2 = 0,01886 × (C^p + 0,375 × S^p_k),

V_RO2 = 0,01886 × (37,3 + 0,375 × 0,0) = 0,703478,

 

V⁰_N2 = 0,79 × V⁰ + 0,008 × N^p,

V⁰_N2 = 0,79 × 3,17832 + 0,008 × 0,9 = 2,5108728 + 0,0072 = 2,5180728,

 

V⁰_H2O = 0,111 × H^p + 0,0124 × W^p + 0,0161 × V⁰,

V⁰_H2O = 0,111 × 2,8 + 0,0124 × 18,0 + 0,0161 × 3,17832 = 0,3108 + 2,232 + 0,051170952 = 2,593970952.

 

V⁰_г = 0,703478 +  2,5180728 + 2,593970952 = 5,815521752

 

Объем продуктов сгорания, м³/кг, при сжигании 1 кг топлива с действительным расходом воздуха определяется по формуле:

V_г = V⁰_г + (α – 1) × V ⁰,

V_г = 5,815521752 + (1,27 -1) × 3,17832 = 6,673668152.

 

Ответ: действительный расход воздуха, необходимого для горения топлива V⁰_г = 5,815521752 м³/кг, объем образовавшихся продуктов сгорания V_г = 6,673668152 м³/кг.

 

 

 

 

 

 

 

Задача № 2.

Для угля, состав которого приведен в задаче 1, определить теплоту сгорания и адиабатическую температуру горения при следующих условиях: коэффициент расхода воздуха, α = 1,27, температура горячего воздуха, t_гв = 250°С.

Средняя удельная теплоемкость воздуха и газов в зависимости  от температуры, кДж/(м³К)

 

t, °C	Cв	СRO2	CN2	CH2O
100	1,32
200	1,33
300	1,34
400	1,35
1300	1,47	2,29	1,43	1,80
1500	1,49	2,33	1,44	1,85
1700	1,51	2,37	1,46	1,90
1900	1,52	2,41	1,47	1,94
2100	1,54	2,44	1,48	1,98
2300	1,56	2,47	1,49	2,02

 

Решение:

Для твердых и жидких топлив низшая теплота сгорания, кДж/кг, может быть рассчитана по формуле Д.И. Менделеева:

Q^Р_н = 339 × C^p + 1025 × H^p – 108,5 × (O^p - S^p) – 25 × W^p.

Q^Р_н = 339 × 37,3 + 1025 × 2,8– 108,5 × (10,5 – 1,0) – 25 × 18,0 = 12644,7 + 2870 - 1030,75 – 450 = 14033,95 кДж/кг

 

Энтальпия продуктов сгорания, соответствующая адиабатической температуре горения какого-либо топлива, зависит от низшей теплоты сгорания рассматриваемого топлива, количества и температуры воздуха, подаваемого на горение. Поэтому энтальпия продуктов сгорания, соответствующая адиабатической температуре, возникающей в зоне горения, может быть определена по формуле:

I^А_г =  Q^Р_н + I°_в × α, I^А_г =  14033,95 + 1061,325 × 1,27 = 15381,832

где I°_в – энтальпия теоретического количества воздуха, подаваемого на горение рассматриваемого топлива при заданной температуре горячего воздуха:

I°_в = V° × C_в × t_гв,  I°_в = 3,18 ×1,335 × 250 = 1061,325.

 

Для нахождения адиабатической температуры горения, соответствующей найденной энтальпии, рекомендуется составить таблицу зависимости энтальпии продуктов сгорания от температуры. Интервал рассматриваемых в таблице температур рекомендуется выбрать в соответствии с предполагаемым значением искомой адиабатической температуры. Для твердого топлива,  зависимости от его качества и способа организации процесса горения, этот интервал составляет 1300…2100°С. Затем линейной интерполяцией данных последней строки табл. 7 находят адиабатическую температуру горения Т^А. Интерполяцию выполняют на том интервале температур, в который выпало найденное значение I^А_г.

 

Таблица 7

Величина	Значение IАг при температуре t, кДж/кг
	1300	1500	1700	1900	2100
I°в = V° × Cв × t	6076,98	7107,3	8163,06	9183,84	10284,12
IRO2 = VRO2 × CRO2 × t	2094,25	2458,66	2834,31	3221,23	3604,62
I°N2 = V°N2 × CN2 × t	4681,10	5439,04	6249,86	7032,98	7826,17
I°H2O = V0H2O × CH2O × t	6069,89	7003,72	7937,55	8871,38	9805,21
I°г = I°RO2 + I°N2 + I° H2O	12845,24	14901,41	17021,72	19125,58	21236,00
∆Iв = I°в × (α – 1)	1640,78	1918,97	2204,03	2479,64	2776,71
Iг = I°г + ∆Iв	14486,02	16820,38	19225,75	21605,22	24012,71

 

Ответ: теплота сгорания Q^Р_н = 14033,95 кДж/кг

    адиабатическая  температура горения Т^А = 1376°С.