Теплотехника Учебн.для вузов. Под ред. А.П.Баскакова. М. (1013707), страница 39
Текст из файла (страница 39)
Чему равна теплота сгорания СО н Нь отнесенная к ! мз (в нормальных условиях) и ! кг соответствуюшего газа? !5.5. Содержание серь| на рабочее состояние 5,' мазута равно 3 бы а подмосковного угля 2,7 9ш Теплота сгорания 0~ соответственно 40 и !О МДж/кг. На каком топливе н во сколько раз выбросы 5С5 нз топки парового котла будут выше при одинаковых тепловых мошностях н КПД на обоих топливах? !5.5.
Квк изменяется теплота сгорания топлива с увеличением содержания в неч кислорода и почему? !5.7. На сколько увеличится расход твердого топлива в котельной прн увеличении его зольности с 10 до 40 ',?в (мощность ие меняется)? малько полное окисление серы соответствует образованию 50з, однако при топочных температурах ЬОз практически не образуется. Окислителем обычно служит воздух. Количество его должно быть, естественно, достаточным длн полного сгорания всех горючих элементов. Балансовые уравнения, покиэываюи(ие исходные и конечные состояния участвующих в реакциях компонентов, называются с т е х и о м е т р и ч е с к им и. В соответствии со стехиометрическим уравнением реакции горения водорода Н + 0,50 = Н О (16,1) на 2 кг, т.
е. на 1 кмоль водорода, необходимо затратить 16 кг (0,5 кмоль) кислорода, при этом образуется 18 кг водяного пара. Аналогично из реакций С+О,=СОт; 5+0,=50, (16.2) следует, что на 12 кг углерода и 32 кг серы нужно затратить по 32 кг кислорода, при этом получается соответственно 44 кг СО» и 64 кг 50ь Следовательно, для полного сгорании 1 кг углерода теоретически требуется затратить 2,67 кг кислорода, а 1 кг серы и водорода соответственно 1 и 8 нг кислорода. Часть необходимого кислорода, равная 0,01 О' кг/кг, содержится в топливе, остальное в количестве М„ =0,01 Х Х(2,67С'+8Н'+ 5,' — О') нужно подать с воздухом.
Плотность кислорода в нормальных условиях равна 1,43 кг/мг (молекулярная масса, деленная на объем 1 ниломоля, т. е. 32/22,4), содержание кислорода в сухом воздухе составляет по объему 0,21, Следовательно, объем воздуха (приведенный к нормальным условиям), теоретически необходимого для полного сжигания ! кг топлива, равен, в м'/кг, Уг=М„/(1,43 0,21)= =0,033 (2,6?С'+8Н'+ 5'„. — О'). (16.3) Выше указывалось, что теплоту, выделяющуюся в реакции горения, принято относить к единице массы топлива, называя теплотой его сгорания. Поскольку в реакции в равной мере участвуют и горючие элементы (топливо), и кислород (воздух), эту теплоту можно отнести и к единице массы воздуха.
Расчеты показывают, что отнесенная к единице полностью прореагировавшего воздуха теплота сгорания различных топлив несколько различается, однако в среднем ее можно принять равной 3,8 МДж на I мз (в нормальных условиях) действительно прореагироваешего воздуха. Эта цифра удобна для приближенных расчетов, обеспечивающих точность в преде. лах 10 — -15 чггг. Поэтому для оценочных расчетоа можно принять У«=О;/3,8. Поскольку равномерно перемешать воздух с топливом трудно, в топку приходится подавать больше воздуха, чем необходимо теоретически.
Огпошгпаг количества воздуха 1'„действительно поданного е топку, к теоретически необходимому У" иазыеаетсл к о э ф ф и ц и е нтом избытка воздуха: а„= у,/у~~. (16.4) При нормальной организации топочного процесса а.~ 1, причем чем совершеннее топка и лучше горелочные устройства, тем меньше прихолится подавать «лишнего» воздуха. В лучших топочных устройствах а„=!,05 —:1,1, в плохих — до 1.3 — 1,5. !6.2. ОБъемы И сОстАВ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ При проектировании теплотехнических агрегатов нужно знать количество образующихся газов, чтобы правильно рассчитать газоходы, дымовую трубу, выбрать устройство (дымосос) для удаления этих газов и т.
д. Как правило, количества продуктои сгорания (как и подаваемого воздуха) относят на единицу топлива (на 1 кг для твердого и жидкого и на !и' в нормальных условиях для газа). Их рассчитывают исходя из уравнения материального баланса горения. Для грубых оценок можно считать, что в нормальных условиях объем продуктов сгорания У, твердого и жидкого топлив равен объему воздуха У., а газообразного топлива У,+ 1, ибо объем основной составляющей дымовых газов — азота, так же как и «избыточного» кислорода, при горении не мениется.
В реакциях (16.2] объем газов тоже остается постоянным. Для более точных расчетов необходимо все же учитывать, что при сжигании твердого топлива У,:. = У. (обычно на 15 — 25 ггг) прежде всего из-за испарения содержащейся в нем влаги, а также из-за образования во- 127 дяного пара при сгорании водородсодержащих соединений.
При полном сгорании У« = Уйо„+ !'н,о+0,79п„~ + +0,21 (сх.— 1) 1". (16.5) Здесь 0,21 (и,— 1) — избыточный кислород воздуха, «транзитом» проходящий в продукты сгорания; 0,79с».У" — азот воздуха, также проходящий «транзитом» (азотом топлива пренебрегаем); Уяо —— = Ус„+ Узо — объем сухих трехс 2 атомных продуктов сгорания. Поскольку при сгорании 1 кмоля углерода и серы (соответственно 12 и 32 кг) по реакциям (16.2) образуется по 1 кмолю СО, и 5Оь а объем 1 кмоля идеального газа в нормальных условиях равен 22,4 м', то объем трехатомных продуктов сгорания, мх/кг, можно записать "яо,=)со,+" зо = 2 = (О О!С'/12+ 0,015',/32) 22,4 = = 0,0168 (С'+0,3755,').
(16.6) При сгорании 1 кг водорода по реакции (16.1) образуется 9 кг водяного пара, кроме того, испаряется и влага топлива. В идеально-газовом приближении плотность водяного пара в нормальных условиях равна 18/22,4 =0,805 кг/м'. Водяным паром, содержащимся в воздухе (около 10 г на 1 м'), можно пренебречь. Следовательно, Ун о=О 01Н '9/0805+ йT/0805= 2 =0,111Н'+0,124Ф«. (16.7) Для всех топлив СССР значения и У„ с, табулироианы. 2 с Приведенные формулы позволяют рассчитать также состав продуктов сгорания, т. е, процентное содержание в нем отдельных компонентов, например концентрацию кислорода 0,=100Уо,/У„во дяного пара Н.
0=100У„о/У, и т. д. !28 !6.3. ЗНТАЛЬПИЯ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ. И,1-ДИ А Г РА М МА В соответствии с уравнением (5.3) первого закона термодинамики, количество теплоты, отдаваемой потоком газов в теплаобмениике, равно разности энтальпий газов до и после теплообменника (изменением скоростного напора можно пренебречь, а техническая работа не совершается). Поэтому основой тепловых расчетов топливоиспользующих устройств является энтальпия продуктов сгорания, которую принято рассчитывать на единицу количества топлива, из которого получились эти продукты ', т. е (16.8) Здесь ! — температура, 'С, г', — средняя в диапазоне температур 0 -- !'С тепло- емкость продуктов сгорания при постоянном давлении, отнесенная к единице их объема в нормальных условиях, Дж/(м'. К). Энтальпня Н, измеряется в Дж/кг или Дж/м'.
Удельная (отнесенная к 1 и' в нормальных условиях) теплоемкость дымовых газов чуть больше, чем воздуха, поскольку вместо двухатомного кислорода в них появляются более теплоемкие трехатомные СО« и Н»0, однако разница не превышает 5 — 10 % Как и у всех газов, теплоемкость продуктов сгорания заметно возрастает с температурой. Для более точных расчетов ее можно найти по составу смеси газов: с =си гн +'со гсс, + с с 2» + ссо,гсо + сй.,огн,о (16 9) где с,' и г, — удельные (на единицу объема) теплоемкости и объемные концентрации компонентов.
Поскольку объем продуктов сгорания У, увеличивается с увеличением сс„ то их энтальпия при принятом методе расчета Чтобы отличить сп принятой в термсслкиачике удельной энтальпии, отнесенной к ! кг рабочего тела, эитальпию продуктов сгорания обозначают Н, а не й. )(с(ж гг; З зсссс исд сздт с,ф !'ис. !О ! Н. С-кию)самма продуктов сгорания п)си)сосисок о гвш (на единицу.
количества топлива, а не продуктов с!орапия) при этом также увеличивается. Рчшчеты зсплообменпнков удобно вынолнять с помощью Н,)-диаграммы, ° редсгавлякмссей собой ряд линий, двюшпх зявнсимскть энтальпни продуктов сч ораини Н, сп их темпера гуры при разных значениях а..
Для примера на рнс. !6.! пострск на Н,с.диаграмма для продуктов сшорания природного газа (газопровод Бухара Урал). 11режде всего по Н,с-диаграмме можно определить температуру, которую имели бы продукты сгорания при условии, что вся теплота горения затрачивается только на их нагрев, в теплопотери отсутствуют. Эта температура называется ил и в П в г и а й, поскольку горение осупцггвляется в адиабатно-изолированной системе, без теплопотерь, Если продуктов неполного сгорания нет, теплота из зоны горения не отводится и сжигание организовано в потоке (практически при р=сопз!), со в соответствии с уравнением (5 3) количество выдслякппейся прн сгорании теплоты равно мпвыьиян продуктов ссорания: Л' =- С7,' + И„, + /с ы ( ! 6. 10) Бели ~гмпгратур» воздуха с., и топлива (с,,) ни вхссдс в гонку равны нулю, то их энз альпин Н., = 0,,=0 и Н = СК.
Отказ!сынаи па Н,)-днаграъсме значение Н, = ф, найдем пв пересечении г кринои, пссгт)соснпой для выбранного значения п„соответству!сссцукз адиабатиую температуру. Например, значениям з,=),25 и (',)~.=36,7 МДж/м' соответ- 5 Геальтеккикк ствует точка А на рис. 16.1, т. е. 1,= !700 'С.
Естестненно, адиабатная температура будет максимальной для стехиометрической смеси, т. е. для а„= 1. Она называется т е о р етичес кой Н. В примере на рис. !0.! (,=2000 'С. С увеличением а. в продуктах сгорания появляется азсиснссий» воздух, на нагрев которого также затрачивается теплота, поэтому аднабатная температура уменьшается Теоретическая температура горения некоторых газообразных топлив в холодном воздухе, рассчитаннаи без учета диссоциации, составляет: г... с:О И СН1 0 . . 2370 2230 2030 ССЛссс)сслменссе !'лз... Каксс1вый )!рирокиыи Доменный 2090 2020 )4)0 Действительная температура оказывается тем ниже адиабатной, чем больше теплопотери (в основном излучением) из зоны горения на холодные стены топки и в окружающую среду, и обычно отли. чается от нее на 20 — 25 %.
При нагреве воздуха или обогащении его кислородом адиабатная температура увеличивается. В процессе сгорания топлива в топочной камере теплота можег передаваться конвекцией и излучением нагреваемому материалу в печах или охлаждающим поверхностям а котлах. В результате газы охлаждаются, их знтальпия снижается. Этот процесс на рис.!6.! изображается линией сс,= =сонэ!. Например, при охлаждении в топке продуктов сгорания до !100 'С и неизменном коэффициенте избытка воздуха а.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
