Баскаков А.П. (ред.) Теплотехника Энергоатомиздат, 1991 (947482), страница 40
Текст из файла (страница 40)
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. = 1,25 (линия АВ) их эптальпия снижается до 22,5 МДжссмл. В соответствии с уравнением (5.5) теплота, отдаваемая продуктамн сгорания в процессе нх охлаждения (в расчете на единицу количества сгоревшего топлива), равна уменьшению их энтальпии, т. е. и,=Н7 — Н;; (!6.!!) где Н( н НУ вЂ” энтальпии газов соответ- ственно до и после теплпобменника. )2У Контрнльныг задачи Глана семнадцатая ОСНОВЫ ТЕОРИИ ГОРЕНИЯ И ОРГАНИЗАЦИЯ СЖИГАНИЯ ТОГ1ЛИВ В ПРОМЫШЛЕННЫХ УСЛОВИЯХ.
ТОПОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА основы рлсчнтл Н гн:НОВНЫВ НЛРЛГН! Т!01 !ОЦО'1Н!.!Х УСГРОНС10 130 Уравнение теплового баланса (16.11) служит основой для расчета всех тепло- обменных поверхностей. Очень часто для удаления нродуьтов сгорания из агрегата нх отсасывают, т.
е, они движутся в агрегате нод разрежением. Через неолотиости к ним может Оодсасываться атмосферный воздух. Пусть коэффициент избытка воздуха увеличится ори этом от 1,25 до 1,5 (Ла.=0,25),:-)нтальння газов нри этом практически не изменится, носкольку знтальнии нодсасываемого холодного воздуха близка к нулю. Следовательно, оодмешиваиие (присос> холодного возлука к продуктам сгорания изобразится в Н,г->тиаграмме горизонтальной линней Н, =сопвс В наишм примере >азы охладязси за счет нрисосон (с 1100 до 950 "С, линия ВС). Чем больше присосы, тем меньше окажется разность юпальний Ори той же разности температур (сравните Нх — Нн и Н,— На на рис 16.1), поэтому из-за присосов через ненлопшсти в газоходах, когда газ лвижется Оод разрежением, экономичность тенлооб>- менника снижается так же, как и из.за утечек части горячего газа через те же неплотности, когда газ по гнзоходу движетсн под давлением.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
