Работы, не отвечающие перечисленным требованиям, проверяться не будут, а будут возвращаться для переделки

        К работе, высылаемой на повторную проверку (если она выполнена в другой тетради), должна обязательно прилагаться незачтенная работа.

На экзамене необходимо представить зачтенную работу, в которой все отмеченные рецензентом погрешности должны быть исправлены.

Последовательность выполнения расчетов определяется порядком излагаемых ниже рекомендаций. Затем дается пример выполнения расчетно-графического задания. Цель примера – разъяснить ход решения, но не воспроизвести его полностью. Поэтому в ряде случаев промежуточные расчеты опускаются. Но при выполнении задания все преобразования и числовые расчеты должны быть обязательно последовательно проделаны с необходимыми пояснениями. В конце должны быть даны ответы. 

 

                          Порядок выполнения работы

 

1. Расчет низшей теплоты сгорания, теплоемкости топлива, расхода воздуха и выхода продуктов полного сгорания твердого и жидкого топлива

   Элементарный состав твердых и жидких топлив записывается в виде суммы содержания в них углерода С, водорода Н, кислорода О, серы S, азота N, золы А и влаги W (в процентах по массе). Минеральные примеси и влажность одного и того же сорта топлива в разных районах его месторождения могут быть разными. Поэтому в справочной литературе приводится более постоянный состав горючей массы топлива (см. табл.1).

Расчеты горения твердого или жидкого топлива выполняются на основе данных об элементарном составе рабочей массы конкретного топлива. Пересчет элементарного состава горючей массы топлива на рабочую производится при помощи коэффициента

      

                                         (100 – А^р – W^р)/100.

Например,                        С^р = С^г(100 – А^р – W^р)/100.

      

Правильность проведенных расчетов определяется выполнением равенства

                                  С^р+Н^р+О^р+N^р+S^р +А^р+W^р = 100%.

 

Для составления тепловых балансов процесса горения необходимо знать величину теплоты сгорания сжигаемого топлива. При отсутствии экспериментальных и справочных данных низшая теплота сгорания твердых или жидких топлив может быть приближенно определена по формуле Д.И.Менделеева (в МДж/кг):

 

                 Q_н^р = 0,339 С^р + 1,03Н^р – 0,109 (О^р – S^р) – 0,0251W^р.

      Необходимое для составления теплового баланса значение теплоемкости рабочей массы твердого и жидкого топлива определяется по следующим формулам (в кДж/(кг. К):

для твердого топлива

                                 С_т = 4,19 W^р/100 + С_с(100 - W^р )/100;                                              

   для жидкого топлива

                                        С_т = 1,738 + 0,0251(Т_т  - 273),

                                            

где С_с - теплоемкость сухой массы твердого топлива (для каменного  угля теплоемкость составляет 1,09 кДж/(кг∙К) без учета ее изменения с температурой).

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

 

              V⁰ = 0,0889 (С^р + 0,375S^р) +0,265Н^р – 0,0333О^р.

    

     Действительное количество воздуха определяется произведением коэффициента избытка воздуха α и теретически необходимого количества воздуха (в м³/кг)

 

                                                    V_в = α V⁰.

 

     Объем продуктов сгорания, образовавшихся при сжигании 1 кг топлива в теоретически необходимом количестве воздуха, равен (в м³/кг)

                                          V_г^о = V_RO2 + V_N2^о + Vн₂о⁰,

где объемы продуктов сгорания каждого компонента будут:

выход сухих трехатомных газов, м³/кг,

 

                                       V_RО2 = 0,01866 (С^р + 0,375S^р);

 

  теоретический выход азота, м³/кг,

 

                                          V_N2⁰ = 0,008N^р + 0,79V⁰;

 

   теоретический выход водяных паров, м³/кг,

 

                  V_Н2О⁰ = 0,111Н^р + 0,0124W^р + 0,00124d_вV^о

                                       

г де d_в – содержание влаги в воздухе, г/м³. 

Объем продуктов сгорания при сжигании 1 кг топлива в действительном количестве воздуха определяется по формуле (в м³/кг)

                                  V_г = V_RО2 + V_N2⁰ + V_Н2О + (α – 1)V⁰.

 

 где V_Н2О - выход водяных паров, м³/кг,

 

                                V_Н2О = V_Н2О⁰ + 0,0161 (α – 1)V⁰.

2. Расчет низшей теплоты сгорания, теплоемкости топлива, расхода воздуха и выхода продуктов полного сгорания газообразного топлива

Элементарный состав газообразных топлив приводится как процентное (по объему) содержание отдельных газов: метана СН₄, этанаС₂Н₆, пропана С₃Н₈, бутана С₄Н₁₀, пентана С₅Н₁₂, окиси углерода СО, водорода Н₂, кислорода О₂, азота N₂ и т.д.

Низшую теплоту сгорания сухих газообразных топлив при отсутствии экспериментальных данных определяют (в Мдж/м³) как сумму произведений теплот сгорания горючих компонентов и их содержания в 1 м³ газообразного топлива:

     Q_н^с = 0,01(Q_CН4СН₄ + Q_C2Н6С₂Н₆ + Q_С3Н8С₃Н₈ + Q_С4Н10С₄Н₁₀ + …),

где СН₄, С₂Н₆ и т.д. – содержание горючих газов в сухом газовом топливе, в % по объему;

   Q_СН4, Q_C2Н6 и т.д. – низшая теплота сгорания соответствующих газов, Мдж/м³   (приведена в таблице 1.2 данного пособия).

 Необходимое для составления теплового баланса значение теплоемкости газообразного топлива в кДж/(м³∙К) определяется по следующей формуле:

 

      С_т = 0,01(С_Н2Н₂ + С_СОСО + ∑С_CmНnС_mН_n + С_N2N₂ + C_О2О₂ + …),

 

где С_Н2, С_СО, С_mНn, и т.д. - средние изобарные теплоемкости в кДж/(м³∙К) соответствующих индивидуальных газов в интервале от 0^оС до температуры топлива t_т, значения которых приведены в таблице 1.3 данного пособия;

       Н₂ , СО, С_mН_n и т.д. - содержание соответствующих газов в газообразном топливе.

   Минимальное (теоретическое) количество воздуха, необходимое для полного сгорания 1 м³ газообразного топлива, находится по формуле (в м³/м³):

 

       V⁰ = 0,0476 [0,5СО + 0,5Н₂ + 1,5Н₂S + ∑(m + n/4)C_mH_n – О₂];

    

     Действительное количество воздуха определяется произведением коэффициента избытка воздуха α и теоретически необходимого количества воздуха (в м³/м³)

                                                    V_д = α V⁰.

 

     Объем продуктов сгорания, образовавшихся при сжигании 1м³ топлива в теоретически необходимом количестве воздуха, равен (в м³/м³):

                                          V_г^о = V_RO2 + V_N2^о + Vн₂о⁰,

где объемы продуктов сгорания каждого компонента будут:

выход сухих трехатомных газов,м³/м³,

 

                                V_RО2 = 0,01(СО₂ + СО + Н₂S + ∑mC_mH_n);

 

  теоретический выход азота,м³/м³,

 

                                     V_N2⁰ = 0,01(N₂ + 79V⁰);               

 

   теоретический выход водяных паров, м³/м³ ,

 

         V_Н2О⁰ = 0,01(Н₂ + Н₂S + ∑0,5nC_mH_n) + 0,00124d_г + 0,0161V^0,

где d_г – влагосодержание газообразного топлива, отнесенное к 1 м³ сухого газа (при t = 10^оС принимают d_г = 10 г/м³).

Объем продуктов сгорания при сжигании 1 кг топлива в действительном количестве воздуха определяется по формуле (в м³/м³):

                                  V_г = V_RО2 + V_N2⁰ + V_Н2О + (α – 1)V⁰.

 

 где V_Н2О - выход водяных паров, м³/м³

 

                                V_Н2О = V_Н2О⁰ + 0,0161 (α – 1)V⁰.

 

                      3. Определение температуры горения

  Температура горения, получаемая в условиях полного сгорания топлива и использования всего тепла для нагрева продуктов сгорания без учета явления диссоциации, называется адиабатической (калориметрической) температурой, ^оС:

                                    t_к = (Q_н^р + V_вС_вt_в  + С_тt_т) / ∑V_iC_i,

 

Здесь       ∑V_iC_i  = V_RO2С_RO2 + V_N2⁰С_N2 + V_Н2ОС_H2O + (α – 1)V⁰С_в,

 

где V_RO2, V_N2⁰, V_Н2О, (α – 1)V⁰ = V_в^изб - выход в м³/м³ соответственно сухих трехатомных газов, азота, водяных паров и избыточного воздуха в продуктах сгорания;

   С_RO2, С_N2, С_H2O, С_в –теплоемкости в кДж/(м³∙К) продуктов сгорания (соответственно сухих трехатомных газов, азота, водяных паров) и избыточного воздуха.

Поскольку теплоемкость продуктов сгорания и избыточного воздуха, нагретых до t_к , зависит от искомой калориметрической температуры горения, подсчет ведут по методу последовательных приближений, определяя каждый раз средневзвешенную теплоемкость продуктов сгорания и избыточного воздуха.

Определить калориметрическую температуру можно также методом линейной интерполяции, основанным на том, что подсчет ведут задаваясь определенной температурой продуктов сгорания t₁ (2000 ^оС при малом содержании в топливе балласта и более низкой температурой при высоком содержании балласта), а затем подсчитывают средневзвешенную теплоемкость продуктов сгорания от нуля до t₁. Потом подсчитывают, какой теплотой сгорания должно обладать топливо, если продукты его сгорания нагреты до температуры t₁:

 

                           Q₁ = (∑V_iC_i)∙t₁ - V_вС_вt_{в –} С_тt_т.

 

Если подсчитанная таким путем теплота сгорания топлива Q₁ ниже действительной теплоты сгорания Q_н^р, то задаются температурой t₂ на        

100 ^оС выше, чем t₁, и аналогичным путем определяют значение Q₂. Если же подсчитанная теплота сгорания выше Q_н^р, то задаются температурой t₂ на 100 ^оС ниже, чем t₁, и определяют значение Q₂ при этой температуре. Если действительная теплота сгорания топлива Q_н^р находится между Q₁ и Q₂, то определяют калориметрическую температуру методом линейной интерполяции    

 

     t_к  = t₁ + (t₂ - t₁)(Q_н^р – Q₁) / (Q₂  - Q₁), если Q₁ < Q_н^р, а Q₂  > Q_н^р,

или

      t_к  = t₂ + (t₁ - t₂)(Q_н^р – Q₂) / (Q₁ - Q₂), если Q₁ > Q_н^р. а Q₂  < Q_н^р.

                          

Теоретическая температура горения определяется из теплового баланса адиабатического процесса горения топлива с учетом явления диссоциации при допущении,что энтальпия продуктов сгорания не меняется в результате диссоциации СО₂  и Н₂О. Поэтому формула для расчета теоретической температуры горения принимает вид:

 

                         t _теор = (Q_н^р + V_вС_вt_в + С_тt_т – q_{д) /} ∑V_iC_i,   

 

где V_i и C_i – выход и теплоемкость продуктов сгорания без учета их диссоциации;

  q_д – теплота, затрачиваемая на диссоциацию продуктов сгорания, кДж/кг (кДж/м³).

Потери теплоты от диссоциации СО₂ и Н₂О:

 

                          q_д = 12640 α_д V_СО2 + 10800 β_д V_Н2О,

 

где V_СО2 и V_Н2О – выход соответственно диоксида углерода и водяного                                                     пара при полном сгорании топлива без учета диссоциации, м³/кг (м³/м³);

   α_д  и β_д - степень диссоциации соответственно диоксида углерода и водяного пара в долях (принимается по данным таблиц 1.5 и 1.6).

Как и в случае с определением калориметрической температуры, подсчет теоретической температуры горения производится методом последовательных приближений либо методом линейной интерполяции.