Определение температуры горения топлива

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ПЕЧИ

Расчет горения топлива

Исходными данными для расчета горения топлива является малосернистый мазут М 40. Характеристика мазута приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.1 – Характеристика мазута

Составляющие мазута	Обозначение	Единицы измерения	Значение
Углерод	С^р	%	87,33
Водород	Н^р	%	11,9
Кислород	О^р	%	0,2
Азот	N^р	%	0
Сера	S^р	%	0,39
Влажность	W^р	%	0,15
Зола	А^р	%	0,03

Определение теплотворной способности топлива , кДж/кг,

где - содержание углерода в рабочей массе топлива, %;

- содержание водорода в рабочей массе топлива, %;

- содержание серы в рабочей массе топлива, %;

- содержание кислорода в рабочей массе топлива, %;

- содержание влаги в рабочей массе топлива, %.

Теоретически необходимый объем воздуха , м³/кг, необходимый для полного сгорания 1 кг топлива, определяется по формуле

Теоретический объем трехатомных газов , м³/кг,

Теоретический объем азота , м³/кг,

где - содержание азота в рабочей массе топлива, %.

Необходимый теоретический объем водяных паров , м³/кг,

Объем продуктов сгорания , м³/кг,

Объем избыточного кислорода, , м³/кг, поступающего с воздухом на сжигание топлива

где α - коэффициент избытка воздуха.

Расчет печи кальцинации

Тепловой баланс печи

Приход тепла:

1 Теплота сгорания топлива ,

где - удельный расход топлива, кг/кг глинозема;

- низшая теплотворная способность топлива, кДж/кг топлива.

2 Физическое тепло топлива ,

где - температура топлива, °С;

- средняя теплоемкость топлива, кДж/кг°С.

Определяем среднюю теплоемкость топлива:

3 Теплосодержание сухого гидрата ,

где 1,53 - расход сухой гидроокиси алюминия для получения 1 кг γ или α-Al₂O₃, кг/кг глинозема;

- средняя теплоемкость гидраргиллита, кДж/кг°С;

- температура сухой гидроокиси алюминия, °С.

4 Теплосодержание внешней влаги в гидроокиси алюминия ,

где 1,53 - расход сухой гидроокиси алюминия на 1 кг глинозема, кг/кг;

- содержание внешней влаги в гидроокиси алюминия, %;

- теплоемкость воды, кДж/кг°С;

- температура внешней влаги, °С. Принимается равной температуре гидроокиси алюминия.

5 Теплосодержание воздуха, поступающего в печь на сжигание топлива ,

где α - коэффициент избытка воздуха;

- количество воздуха, теоретически необходимое для сжигания топлива, м³/кг;

- удельный расход топлива, кг/кг глинозема;

- содержание в общем объеме первичного и вторичного поступающего в печь воздуха, %;

- средняя теплоемкость первичного воздуха, кДж/ м³°С;

- средняя теплоемкость вторичного воздуха, кДж/ м³°С;

- температура первичного воздуха, °С;

- температура вторичного воздуха, °С.

6 Теплосодержание пыли из системы пылеулавливания ,

где - количество пыли, поступающей в аппарат из системы пылеулавливания, кг/кг глинозема;

- средняя теплоемкость пыли при данной температур в зависимости от фазового состава, кДж/кг°С;

температура пыли, °С.

Расход тепла:

1 Физическое тепло глинозема, выходящего из печи ,

где - средняя теплоемкость глинозема при данной температуре, кДж/кг°С;

- температура глинозема, °С.

2 Физическое тепло отходящих газов ,

где - температура дымовых газов, °С;

- средняя теплоемкость трехатомных газов, кДж/м³°С;

- средняя теплоемкость водяных паров, кДж/ м³°С;

- средняя теплоемкость азота, кДж/ м³°С;

- средняя теплоемкость кислорода, кДж/ м³°С.

3 Тепло затраченное на реакцию дегидратации и перекристаллизации гидроокиси алюминия ,

где - тепловой эффект реакции образования бемита из гидраргиллита, кДж/кг глинозема;

- тепловой аффект реакции образования γ-Al₂O₃ из бемита, кДж/кг глинозема;

- тепловой эффект реакции перекристаллизации при переходе из γ-Al₂O₃ в α-Al₂O₃, кДж/кг глинозема.

По закону Гесса тепловой эффект, реакций может быть вычислен как разность между суммой теплот образования продуктов реакций и суммой теплот образования исходных веществ.

Схематично процесс дегидратации и перекристаллизации гидроокиси алюминия может быть представлен следующим образом:

Таблица 1.2 – Стандартные теплоты образования

Формула соединения	Теплота образования из элементов, кДж/кг глинозема
	25209,8333
	19347,9412
	16073,9902
	16394,402
	2806,4784

Тепловой эффект образования бемита из гидраргиллита

где - стандартная теплота образования гидраргиллита, кДж/кг;

- стандартная теплота образования бемита, кДж/кг;

- стандартная теплота образования воды, кДж/кг.

Тепловой эффект образования γ-Al₂O₃ из бемита

где - стандартная теплота образования γ-Al₂O₃, кДж/кг.

Тепловой эффект реакции перекристаллизации при переходе из γ-Al₂O₃ в α-Al₂O₃

где - стандартная теплота образования α-Al₂O₃, кДж/кг.

При образовании 100 % α-Al₂O₃ из γ-Al₂O₃ тепловой эффект реакции составляет –320,4118 кДж/кг, тогда при образовании 10 % α-Al₂O₃ тепловой эффект реакции равен –32,0412 кДж/кг.

4 Затраты тепла на испарение влаги ,

где 0,53 - содержание кристаллизованной влаги в гидроокиси алюминия, кг;

2258,41 - скрытая теплота испарения воды, кДж/кг.

5 Затраты тепла на нагрев влаги до температуры отходящих газов ,

где 22,4 - объем занимаемый одной грамм-молекулой водяного пара;

18 - молекулярный вес воды;

- средняя теплоемкость водяных паров при температуре отходящих газов, кДж/м³°С;

- температура водяных паров, °С. Принимается равной температуре отходящих газов в холодном обрезе печи.

6 Затраты тепла с воздухом подсоса со стороны холодной головки вращающейся печи ,

где - объем воздуха подсасываемого в печь, м³/кг. Принимается равным 11,7 % от теоретически необходимый объем воздуха;

- средняя теплоемкость воздуха, при температуре дымовых газов, кДж/м³°С;

- средняя теплоемкость подсасываемого воздуха, кДж/м³°С;

- температура подсасываемого воздуха, °С.

7 Затраты тепла с пылью в систему газоочистки ,

где - количество пыли в отходящих из печи газах, кг/кг глинозема;

- средняя теплоемкость пыли при данной температуре в зависимости от фазового состава, кДж/кг°С;

- температура пыли, °С.

8 Теплопотери в окружающую среду поверхностью оборудования ,

где 0,12 - потери в окружающую среду печью.

Таблица 1.3 – Тепловой баланс печи кальцинации

Приход тепла	кДж/кг	Расход тепла	кДж/кг
1 Теплота сгорания топлива	3985,396	1 Физическое тепло глинозема, выходящего из печи	762,37
2 Физическое тепло топлива	19,0045	2 Физическое тепло отходящих газов	407,3144
3 Теплосодержание сухого гидрата	75,6463	3 Тепло затраченное на реакцию дегидратации и перекристаллизации гидроокиси алюминия	684,3667
4 Теплосодержание внешней влаги в гидроокиси алюминия	28,492	4 Затраты тепла на испарение влаги	1580,887
5 Теплосодержание воздуха, поступающего в печь на сжигание топлива	689,2915	5 Затраты тепла на нагрев влаги до температуры отходящих газов	334,3324
6 Теплосодержание пыли из системы пылеулавливания		6 Затраты тепла с воздухом подсоса со стороны холодной головки вращающейся печи	386,5196
		7 Затраты тепла с пылью в систему газоочистки	612,7678
		8 Теплопотери в окружающую среду поверхностью оборудования	478,2476
Итого	5246,9483	Итого	5246,8055