Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнологиях Методические указания к курсовой работе (стр. 2 )

2.2 Теплота сгорания топлива

Существует большое число формул для определения низшей теплоты сгорания, но для жидкого и твердого топлива чаще всего используют формулу :

(6)

где , , , , – содержание углерода, водорода, кислорода, серы и влаги в рабочем топливе соответственно, %.

Данная формула учитывает тот факт, что небольшая часть углерода и водорода находится в топливе в соединении с другими элементами, образуя негорючие соединения.

Для газообразного топлива формула для расчета низшей теплоты сгорания представляет собой сумму произведений тепловых эффектов реакции горения компонентов газа на процентное содержание этих компонентов в топливе.

(7)

Если в природном газе содержится до 3 % (неопределенных углеводородов неизвестного состава), то их можно принять за этилен , тогда в формулу бу­дет входить слагаемое (). В коксовом газе состав неопределен­ных углеводородов сложнее. Они имеют повышенную теплоту сгорания. Поэтому при их содержании до 3% в формулу вводят слагаемое ().

Теоретически необходимое количество воздуха для сжигания весовой или объ­емной единицы топлива рассчитывается из условий стехиометрических соотношений реакций горения горючих элементов топлива.

Для сжигания 1 кг твердого или жидкого топлива:

(8)

Для сжигания 1 нм3 газообразного топлива:

(9)

В действительных условиях надо подать несколько больше воздуха , чем теоре­тически необходимое, так как топочные устройства не обеспечивают идеального контактирования горючих элементов топлива с кислородом.

Действительное количество воздуха, необходимое для сжигания весовой или объемной единицы топлива, находится по формуле:

(10)

где a – коэффициент избытка воздуха, который необходимо принимать оптимальным для приня­того метода сжигания топлива и выбранного топливосжигающего устройства (табл. 1, приложения).

2.3 Количество и состав продуктов горения

Продукты горения (дымовые газы) являются теплоносителем, передающим тепло обрабатываемому материалу. Для дальнейшего расчета нагревательной установки необходимо знать количество и состав продуктов горения.

Для твердого и жидкого топлива объемы продуктов горения в 1 нм3 на 1 кг топлива определяются так:

(11)

где – количество влаги в %, вносимое в продукты сгорания распыливающим агентом (для жид­ких топлив);

– объем водяных паров, вносимых воздухом при его влагосодержании 10 г/кг.

Объемы продуктов горения при сжигании газообразного топлива можно рассчитать по формулам:

(12)

Тогда общее количество продуктов горения от сжигания 1 кг (нм3) топлива будет равно сумме компонентов:

. (13)

Зная общее количество продуктов горения, можно определить объемный процентный состав продуктов горения как отношение объема каждого компонента к сум­марному объему продуктов горения:

(14)

Правильность расчетов по определению количества продуктов сгорания проверяется составлением материального баланса процесса горения (табл. 1.1 и табл. 1.2).

Таблица 1.1

Материальный баланс процесса горения

Приход	Расход
На 1 нм3 га­зообразного топлива	1 Топливо 2 Воздух		Продукты горения топлива
	Итого:				Невязка баланса, %

Таблица 1.2

Материальный баланс процесса горения

Приход	Расход
На 1 кг жид­кого топлива	1Топливо 2Воздух	1	Продукты сгорания топлива
	Итого:				Невязка баланса, %

В этих расчетах rв, rг и rд соответственно плотность воздуха, сжигаемого газа и продуктов горения.

Плотность газа известного состава определяется по формуле:

(15)

где mi – молекулярная масса компонента газовой смеси;

гi – процентное содержание соответствующего компонента в данной газовой смеси.

Невязка баланса не должна превышать 0,5 %.

3 Определение температурного уровня процесса горения

и выбор тепловой схемы

При определении температуры горения различают калориметрическую, теоретическую и действительную температуры горения.

Калориметрическая температура сгорания топлива Тк – это температура, до которой нагрелись бы образующиеся газы при полном сгорании топлива, если бы все те­пло, введенное в установку, пошло на нагрев этих газов.

(16)

где – низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг (кДж/м3);

– физическое тепло топлива, кДж/кг (кДж/м3);

– физическое тепло воздуха, подаваемого для сжигания одной весовой или объем­ной единицы топлива, кДж/кг (кДж/м3);

ст и св – средние значения теплоемкостей топлива и воздуха соответственно, ,

Vд – объем продуктов горения, образующихся при сгорании единицы топлива, м3/кг, м3/м3;

сд – средняя теплоемкость продуктов сгорания, .

Теоретическая температура горения – это наивысшая температура продуктов сгорания с учетом недожога топлива.

В технических расчетах при температурах до 1600 °С степень диссоциации СО2 и Н2О менее 0,5 %, что позволяет пользоваться вместо теоретической – калориметрической температурой горения.

Так как для нахождения tк по формуле (16) необходимо знать среднюю теплоемкость продуктов сгорания в интервале температур 0 – tк, то расчет калориметрической температуры горения ведется методом последовательных приближений.