Характеристика топлива

Теория горения и взрыва

Учебно-методическое пособие

Специальности:

Череповец 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

	стр.
Введение
1. Состав топлива
2. Характеристики топлива
3. Объем воздуха. Объем и масса продуктов сгорания
4. Энтальпия продуктов сгорания
5.Расчет температуры и давления взрыва для горючей смеси стехиометрического состава.
6. Расчет температуры и давления взрыва для горючей смеси нестехиометрического состава.
7.Расчет величины пожарной нагрузки, коэффициента поверхности горения и скорости выгорания.
Литература
Приложение

Введение

Учебно-методическое пособие к практическим занятиям по курсу «Теория горения и взрыва» предназначено для закрепления теоретических знаний, а также для приобретения навыков практических расчетов.

Для облегчения решения задач дана подборка основных расчетных соотношений, а также приведен необходимый справочный материал. Выполнение задач рекомендуется проводить в следующей последовательности:

1) внимательно ознакомиться с теорией;

2) выписать в краткой форме условие задачи;

3) записать расчетные соотношения;

4) выписать дополнительно из справочных таблиц необходимые данные для расчетов и привести все физические величины к одной размерности;

5) составить схему для лучшей наглядности, если это необходимо;

6)провести вычисления в развернутом виде и написать расчет с соответствующей размерностью.

Решение задач должно сопровождаться кратким пояснительным текстом. Все размерные физические величины должны быть записаны в соответствии со своей размерностью. После решения задачи должен быть приведен краткий анализ полученных результатов.

СОСТАВ ТОПЛИВА

Твердые и жидкие топлива состоят из горючих (углерода - , водорода - , летучей серы - ) и негорючих (азота - , кислорода - ) элементов и балласта (золы - , влаги - ).

Газообразные топлива состоят из горючих (, , , ) и негорючих (, , ) газов и небольшого количества водяных паров ().

При изучении характеристик твердых и жидких топлив и их состава различают рабочую, горючую и сухую массу. Состав рабочей, горючей и сухой массы обозначается соответственно индексами «р», «г», «с» и выражается следующими равенствами:

(1.1)

(1.2)

(1.3)

В формулах (1.1), (1.2), (1.3) содержание элементов дано в процентах на 1 кг топлива. Коэффициенты пересчета состава топлива из одной массы в другую приведены в табл.1.1.

Таблица 1.1

Заданная масса топлива	Коэффициенты пересчета на массу
	рабочую	горючую	сухую
Рабочая	1
Горючая		1
Сухая			1

Для сланцев состава (, , , , , , ) пересчет с рабочей массы на горючую осуществляется с помощью коэффициента

(1.4)

где - истинная зольность рабочей массы, %; - влажность рабочей массы, %; - содержание углекислоты карбонатов, %.

Истинная зольность рабочей массы определяется по формуле:

, (1.5)

где - содержание серы в лабораторной золе в процентах к массе топлива; - содержание сульфатной серы в топливе, %.

Величина для ленинградских и эстонских сланцев может быть принята равной 2,0, для кашпирских - 4,1.

Пересчет состава (%) рабочей массы топлива при изменении влажности проводится по формулам:

, (1.6)

где - начальная влажность топлива, %; - конечная влажность топлива, %.

Средний состав (%) смеси двух твердых или жидких топлив, заданных массовыми долями, - первого () и второго - определяется уравнениями:

, (1.7)

где массовая доля одного из топлив в смеси находится по формуле:

, (1.8)

где и - массы топлив, входящих в смесь, кг.

Задачи

1.1. Определить состав рабочей массы челябинского угля марки Б3, если состав его горючей массы следующий: зольность сухой массы и влажность рабочая .

Решение: Пользуясь коэффициентами пересчета (табл.1.1), определяем зольность рабочей массы топлива

и находим состав рабочей массы топлива:

Для проверки точности вычислений найдем сумму составляющих элементов рабочей массы топлива:

1.2. Определить состав горючей массы кизеловского угля марки Г, если состав его рабочей массы следующий: зольность сухой массы и влажность рабочая

Ответ:

1.3. Определить составы горючей и сухой масс угля донецкого бассейна марки D, если состав его рабочей массы следующий: ;

Ответ:

1.4. Определить состав рабочей массы кузнецкого угля марки D, если состав его горючей массы следующий: зольность сухой массы и влажность рабочая

Ответ:

1.5. Определить состав рабочей массы ленинградских сланцев, если состав их рабочей массы следующий:

Решение: Истинную зольность рабочей массы топлива определяем по формуле (1.5)

По формуле (1.4) находим коэффициент пересчета состава топлива с горючей массы на рабочую:

Тогда

Проверим точность вычислений

1.6. Определить состав горючей массы эстонских сланцев, если состав их горючей массы следующий:

Ответ:

1.7. В мельнице-вентиляторе подсушивается подмосковный уголь марки Б2. Его состав: Используя формулу (1.6), определить состав рабочей массы подсушенного топлива, если известно, что влажность топлива после подсушки

Ответ:

1.8. В топке котла сжигается смесь, состоящая из кг донецкого угля марки D состава и кг донецкого угля марки Г состава Определить состав рабочей смеси.

Решение: Массовую долю одного из топлив в смеси определяем по формуле (1.8):

Состав рабочей смеси находим, пользуясь уравнениями (1.7):

Проверим точность вычислений

1.9. В топке котла сжигается смесь. Состоящая из 800кг кузнецкого угля марки D состава и 1200 кг кузнецкого угля марки Г состава Определить состав рабочей смеси.

Ответ:

Контрольные вопросы

1. Изложите основные принципы классификации твердых топлив. Охарактеризуйте применяемые в настоящее время классификации углей.

2. Запишите, какие основные горючие и негорючие газы входят в состав газообразного топлива.

3. Дайте определение рабочей, сухой и горючей массы топлива.

4. Что составляет балласт топлива? Объясните понятие «обогатимость углей».

ХАРАКТЕРИСТИКА ТОПЛИВА

Теплота сгорания топлива. Теплотой сгорания топлива называют количество теплоты в кДж, выделяемой при полном сгорании 1 кг твердого (жидкого) или 1 м³ газообразного топлива.

Для твердого и жидкого топлива различают теплоту сгорания высшую (кДж/кг) и низшую (кДж/кг).

Величины высшей и низшей теплоты сгорания рабочей, горючей и сухой массы твердого (жидкого) топлива связаны выражениями:

(2.1)

(2.2)

Тепловые расчеты печей, котлов выполняют, пользуясь низшей теплотой сгорания рабочей массы твердого и жидкого топлива.

(2.3)

где - содержание элементов в рабочей массе топлива, %.

Низшая теплота сгорания (кДж/м³) газообразного топлива:

(2.4)

где и т.д. - объемное содержание газов, входящих в состав газообразного топлива, %.

При пересчете низшей теплоты сгорания пользуются следующими формулами:

с горючей массы на рабочую и обратно

(2.5)

с сухой массы на рабочую и обратно

для горючих сланцев - с горючей массы на рабочую и обратно

при изменении влажности

Для смеси двух твердых, жидких или газообразных топлив низшая теплота сгорания определяется по формуле

где - массовая доля одного из топлив в смеси; - низшая теплота сгорания первого вида топлива в смеси, кДж/кг (кДж/м³); - низшая теплота сгорания второго вида топлива, кДж/кг (кДж/м³).

Для сравнения тепловой ценности различных видов топлива пользуются понятием условного топлива. Условным топливом называют такое топливо, теплота сгорания которого равна 29300 кДж/кг.

Пересчет расхода натурального топлива на условное осуществляется по формуле

(2.6)

где и B - соответственно расход условного и натурального топлива, кг, кг/с; Э - тепловой эквивалент топлива, определяемый по формуле

(2.7)

Зольность, влажность и сернистость топлива. При рассмотрении условий работы котлов, печей на различных видах топлива пользуются приведенными величинами зольности , влажности и сернистости топлива:

приведенная зольность топлива, ,

; (2.8)

приведенная влажность топлива, ,

; (2.9)

приведенная сернистость топлива, ,

. (2.10)

Задачи

2.1. Определит низшую теплоту сгорания антрацита марки АС, имеющего следующий состав: ;

Ответ:

2.2. Определить высшую и низшую теплоту сгорания рабочей массы челябинского угля марки Б3 следующего состава: ;

Ответ:

2.3. Определить высшую и низшую теплоту сгорания рабочей массы кузнецкого угля марки D, если состав его горючей массы следующий: зольность сухой массы и влажность рабочая

Решение: Пользуясь коэффициентами пересчета (табл.1.1), определяем зольность рабочей массы топлива:

и состав рабочей массы:

Низшая теплота сгорания рабочей массы топлива определяется по формуле (2.3)

Высшая теплота сгорания определяется по формуле (2.1)

2.4. Определить составы горючей и сухой масс донецкого угля марки D, низшую и высшую теплоту сгорания топлива, если состав рабочей массы следующий: ;

Ответ:

2.5. Определить низшую теплоту сгорания рабочей и сухой массы донецкого угля марки Г, если известны его низшая теплота сгорания горючей массы , зольность сухой массы и влажность рабочая

Ответ:

2.6. Определить низшую теплоту сгорания горючей и сухой массы кузнецкого угля марки Т, если известны его низшая теплота сгорания рабочей массы , зольность сухой массы и влажность рабочая

Ответ:

2.7. Определить высшую теплоту сгорания горючей и сухой массы кизеловского угля марки Г, если известны следующие величины: ;

Ответ:

2.8. Определить высшую и низшую теплоту сгорания рабочей массы ленинградских сланцев, если известны следующие величины:

Ответ:

2.9. Определить высшую и низшую теплоту сгорания горючей массы высокосернистого мазута, если известны следующие величины:

Решение: Содержание водорода в горючей смеси определим, пользуясь коэффициентом пересчета (табл.1.1):

Низшая теплота сгорания горючей массы топлива определяется по формуле (2.5)

Высшая теплота сгорания определяется по формуле (2.2)

2.10. Используя формулу (2.4), определить низшую теплоту сгорания сухого природного газа Саратовского месторождения, имеющего следующий состав:

Ответ:

2.11. Определить низшую теплоту сгорания рабочей массы челябинского угля марки Б3 следующего состава: - при увеличении его влажности до

Ответ:

2.12. В топке котла сжигается смесь, состоящая из 3 × 10³ кг кузнецкого угля марки D и 7 × 10³ кг кузнецкого угля марки Т. Определить низшую теплоту сгорания смеси, если известно, что низшая теплота сгорания угля марки D составляет а угля марки Т -

Ответ:

2.13. Определить высшую теплоту сгорания рабочей массы, приведенные влажность, зольность, сернистость и тепловой эквивалент подмосковного угля марки Б2 следующего состава:

Решение: Низшая теплота сгорания рабочей массы топлива определяется по формуле (2.3)

Высшая теплота сгорания рабочей массы топлива определяется по формуле (2.1)

Приведенная влажность топлива определяется по формуле (2.9)

Приведенная зольность топлива определяется по формуле (2.8)

Приведенная сернистость топлива определяется по формуле (2.10)

Тепловой эквивалент топлива определяется по формуле (2.7)

2.14. Определить высшую теплоту сгорания рабочей массы, приведенные влажность, зольность, сернистость и тепловой эквивалент донецкого угля марки А, если известны следующие величины:

Ответ: Э = 0,77.

2.15. Определить приведенные влажность, зольность, сернистость донецкого угля марки Т следующего состава:

Ответ:

2.16. Определить приведенные влажность, зольность и тепловой эквивалент челябинского угля марки Б3, если известен состав его горючей массы: зольность сухой массы и влажность рабочая

Ответ: Э = 0,48.

2.17. На складе котельной имеется запас бурого угля в количестве 25000 т и антрацитового штыба в количестве 1500 т. Элементарный состав бурого угля следующий: Элементарный состав антрацитового штыба следующий: Определить суммарный запас топлива на складе в тоннах условного топлива.

Ответ:

2.18. Для котельной, в которой установлены котлы с различными топками подвезено 50 × 10³ кг донецкого угля марки Т следующего состава: и 60 × 10³ кг донецкого угля марки А, имеющего следующий состав: . Определить время работы топок, если известно, что топки, работающие на угле марки Т, расходуют 2 × 10³ кг/ч условного топлива, а топки, работающие на угле марки А, - 2,3 × 10³ кг/ч условного топлива.

Решение: Низшая теплота сгорания рабочей массы донецкого угля марки Т определяется по формуле (2.3)

Масса условного топлива, соответствующая 50 × 10³ кг донецкого угля марки Т определяется по формуле (2.6)

Определяем время работы топок на донецком угле марки Т:

Низшая теплота сгорания рабочей массы донецкого угля марки А определяется по формуле (2.3)

Масса условного топлива, соответствующая 60 × 10³ кг донецкого угля марки А определяется по формуле (2.6)

Находим время работы топок на донецком угле марки А

2.19. Две котельные установки одинаковой производительности работают на различных видах топлива. Первая из них сжигает 10 × 10³ кг/ч кузнецкого угля марки Т следующего состава: . Вторая расходует 6 × 10³ кг/ч кузнецкого угля марки D следующего состава: . Определить, какому количеству условного топлива эквивалент часовой расход топлива в установках.

Ответ:

2.20. В котельной за 10 часов сжигается 10⁶ кг донецкого угля марки Г следующего состава: Определить часовую потребность котельной в условном топливе.