96854

Расчёт процесса горения различных видов топлива

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Составление материального и теплового баланса процесса горения Определение теоретических и действительных объёмов воздуха необходимого для сгорания топлива и продуктов сгорания Расчёт температуры в камере сгорания Описание расчётной схемы Установка предназначена а для получения горячего сушильного агента представляющего собой смесь продуктов...

Русский

2015-10-11

732 KB

12 чел.

   Министерство образования Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный технологический университет растительных полимеров

________________________________________________________

Кафедра Топлива и теории горения

Курсовая работа по дисциплине

«Топливо и теория горения»

Выполнил: Проверил:         

Студент 431 гр.  доцент

Будовский М.А.  Белоусов В.Н.

г. Санкт-Петербург

2014 г.

Цель работы:

  •  Расчёт процесса горения различных видов топлива
  •  Составление материального и теплового баланса процесса горения
  •  Определение теоретических и действительных объёмов воздуха, необходимого для сгорания топлива, и продуктов сгорания
  •  Расчёт температуры в камере сгорания

Описание расчётной схемы

Установка предназначена а для получения горячего сушильного агента, представляющего собой смесь продуктов сгорания и воздуха, для группы сушильных установок. Схема процесса горения топлива и последующего разбавления продуктов сгорания воздухом с целью получения энергоносителя в виде смеси горячих газов в заданном количестве  и          с заданной температурой   представлена на  рис.1.

Рис. 1.  Расчётная схема

Условные обозначения на рис. 1:

Вт – расход топлива (кг/с; м3/с);tт – температура топлива (ºС);dт – влагосодержание топлива (кг/кг; кг/м3); Gв – расход воздуха (окислителя), подаваемого в камеру сгорания (м3/с); tв – температура воздуха, подаваемого на горение (ºС); dв – влагосодержание воздуха (кг/м3);q3, q4, q5, q6  – потери теплоты в камере сгорания, соответственно, с химическим недожогом, механическим недожогом, в окружающую среду (через обмуровку) и с физическим теплом шлака (%);Gксг – расход продуктов сгорания (м3/с); – температура дымовых газов на выходе из камеры сгорания (ºС);Iксг – энтальпия продуктов сгорания (кДж/кг; кДж/м3); Gв.см – расход воздуха, подаваемого в камеру смешения для разбавления продуктов сгорания (м3/с); tв.см – температура воздуха, подаваемого в камеру смешения (ºС);q5.см  – потери теплоты в окружающую среду в камере смешения (%);Gэн – расход энергоносителя после камеры смешения (м3/с); – температура энергоносителя (ºС);Iэн – энтальпия энергоносителя (кДж/кг; кДж/м3).

В камеру сгорания подаются топливо и окислитель (воздух). Образовавшиеся в процессе горения продукты сгорания поступают в камеру смешения, где разбавляются дополнительным воздухом с целью получения энергоносителя с заданной температурой. Полученный энергоноситель поступает к потребителю (для сушки топлива или других сыпучих материалов).

Исходные данные для расчёта:

Вариант

6

Расход энергоносителя, Gэн, м3

 

1,2

Температура энергоносителя, ϑэн, ᶛС

800

Потери тепла q5 в камере сгорания, %

1,3

Потери тепла q5.см в камере смешения, %

1,8

Вид топлива

Камен.уголь

Бассейн / марка

Печорский  Г

Состав твёрдого и жидкого топлива, %

Влажность, Wr

5,5

Зольность, Ar

28,4

Сера, Srо+P

0,9

Углерод, Сr

55,5

Водород, Нr

3,6

Азот, Nr

1,7

Кислород, Or

4,4

dв = 0,01 кг/м3– влагосодержание воздуха;

tв = 30 ºС – температура воздуха, подаваемого на горение в камеру сгорания и для разбавления продуктов сгорания в камере смешения.   

Определить:

  •  Расход топлива – Bт, кг/с;
  •  Объёмный расход воздуха, подаваемого в камеру сгорания – Gв, м3/с;
  •  Объёмный расход воздуха, подаваемого в камеру смешения для обеспечения заданной температуры энергоносителя – Gв.см, м3/с;
  •  Температуру газов за камерой сгорания – , ºС;
  •  Состав газов за камерой смешения, %;

  1.  Теплота сгорания твёрдого и жидкого топлива (кДж/кг) определяется, исходя из состава топлива, с помощью эмпирической формулы Д.И.Менделеева :

Qir =339Cr+1030Hr+109Sro+p -109Or-25Wr=339*55,5 + 1030*3,6 +109*0,9 –

- 109*4,4 – 25*5,5 = 18814,5 + 3708 + 98,1 – 479,6 – 137,5 = 22003,5  кДж/кг

2. Теоретические объёмы воздуха   (м3/кг) и  продуктов сгорания твёрдого топлива ,,,  (м3/кг) определяются, исходя из состава топлива на основе материального баланса процесса горения:

Vв0 = (100/21) V0О2=0,0889Cr +0,265 Hr+0,033Sr-0,033 Or=0,0889*55,5+0,265*

*3,6+0,033*0,9-0,033*4,4=5,77  м3/кг

V0RO2=0,01(1,866Сr+0,7Sr)=0,01(1,866*55,5+0,7*0,9)=1,042  м3/кг

V0N2 = VвоздN2 + VTN2 = 0,79Vв0 + (Nr/100)(22,4/28)=0,79Vв0 +0,8Nr/100=

=0,79*5,77  + 0,8*(1,7/100)=4,57  м3/кг

V0Н20=0,112Нr+0,012Wr+0,0161 Vв0=0,11*3,6+0,012*5,5+0,0161*5,77  =

=0,56 м3/кг

V0г =V0RO2+V0N2+V0Н20=1,042  +0,56  +4,57=6,172 м3/кг

3. Действительные объёмы воздуха   (м3/кг; м33) и  продуктов сгорания топлива  ,,,  (м33)  рассчитываются с учётом выбранного коэффициента избытка воздухав камере сгоранияα согласно табл. 2:

 Таблица 2

Расчетные характеристики камер сгорания

Топливо

Коэффициент избытка

воздуха на выходе из

камеры сгорания  α

Потери теплоты

cхим. недожогом

q3 , %

Потери теплоты

с мех.недожогом

q4 , %

Антрацит

1,2 – 1,25

0,5 – 1

3 – 6

Полуантрацит

1,2 – 1,25

0,5 – 1

3 – 5

Тощий уголь

1,2 – 1,25

0,5 – 1

2 – 5

Каменный уголь

1,2 – 1,25

0,5 – 1

2 – 4

Бурый уголь

1,15 – 1,2

0 – 0,5

1 – 3

Фрезерный торф

1,15 – 1,2

0 – 0,5

1 – 3

Сланец

1,15 – 1,2

0 – 0,5

2 – 3

Мазут

1,05 – 1,1

0,5

0

Природный газ

1,05 – 1,1

0,5

0

Попутный газ

1,1 – 1,15

0,5 – 1

0

Генераторный, коксовый и доменный газ

1,05 – 1,1

0,5

0

Биогаз

1,05 – 1,1

0,5

0

α= 1,23  , откуда получаем :

V=Vв0 *α  =5,77  * 1,23 = 7,1  м3/кг

VRO2   = V0RO2=1,042  м3/кг

VN2=V0N2+(α-1)Vв0=4,57  +(1,23-1)5,77  =5,9  м3/кг

VН20=V0Н20+0,0161(α-1)Vв0=0,56+0,0161(1,23-1)5,77  =0,58 м3/кг

Vг=VRO2 +VR2+VН20=V0г+1,0161(α-1)Vв0=6,172+1,0161(1,23-1)5,77=

=7,52м3/кг

4. Температура газов на выходе из камеры сгорания определяется из уравнения теплового балансакамеры сгорания:

Qp=Qir+iтл+Qф+Qв– располагаемая теплота

=0,7+3+1,3+0=5 %  –  сумма потерь теплоты в камере сгорания

 –  энтальпия продуктов сгорания

Располагаемая теплотатвёрдоготоплива  принимается в зависимости от  физической теплоты топлива iтл , которая зависит от температуры и теплоёмкости поступающего на горение топлива:

iтл= стлtтл ,

где стл – удельная теплоемкость топлива, кДж/(кг°C); tтл – температура топлива, С.

Температура твёрдоготоплива (для летнего периода) принимается равной tтл = 20 °С, а теплоёмкость топлива определяется по формуле:

= 0,042*5,5 + 1,09*(1-0,01*5,5)=

=1,26 кДж/(кг·°С).

iтл= стлtтл = 1,26 *20 = 25,2  кДж/кг

Тепло, вносимое с воздухом, кДж/кг (кДж/м3):

=1,23*5,77*1,32*30=281 кДж/кг

где   св  – теплоёмкость воздуха при температуре  tв.

Потери теплоты с химическим и механическим недожогом  q3 и  q4 выбираются, в зависимости от вида сжигаемого топлива, по табл. 2.

Топливо

Коэффициент избытка

воздуха на выходе из

камеры сгорания  α

Потери теплоты

cхим. недожогом

q3 , %

Потери теплоты

с мех.недожогом

q4 , %

Каменный уголь

1,2 – 1,25

0,5 – 1

2 – 4

Энтальпии теоретических объёмов воздуха и продуктов сгорания при коэффициенте избытка воздуха α=1 для всех видов топлива (кДж/кг, кДж/м3) определяются как:

;

.

В приведенных формулах: (с)в, , ,  – энтальпии 1 м3 соответственно воздуха, трёхатомных газов, водяных паров и азота.

Таким образом, энтальпия продуктов сгорания при избытке воздуха > 1 в камере сгорания:

.

При условии, что воздух состоит из 79 % азота и 21 % кислорода, а также имеет определённое влагосодержание, энтальпия продуктов сгорания:

,

где  ;.

Таким образом, уравнение теплового баланса (1) преобразуется следующим образом:

.                                     (2)

Решение уравнения теплового баланса (2) относительно температуры в камере сгорания    в явном виде не имеет решения, поскольку входящие в это уравнение теплоёмкости продуктов сгорания сами являются функцией температуры  .

Определить  можно, используя метод последовательных приближений, или графоаналитический метод (рис.2).

Рис. 2.  Графоаналитический метод определения температуры в камере сгорания

Из уравнения теплового баланса температура на выходе из камеры сгорания:

, ºС .

Запишем эту зависимость в виде двух функций:

Решение задачи относительно    сводится к нахождению условий, при которых y1 = y2. Значение  y1и y2 рассчитываются не менее по трём значениям , близким к ожидаемому. Пересечение прямой  y1 и расчётной кривой  y2  даёт искомую температуру на выходе из камеры сгорания .

Средняя теплоёмкость воздуха и продуктов сгорания, в зависимости от температуры, приведены в табл. 3, при этом  принимается равной .

Таблица 3

Теплоёмкости газов и воздуха

При t = 700 ºС                       

= 22310*((100-5)/100)*1/13,25 = 1599,5 ºС

При 800 ºС                       

= 22310*((100-5)/100)*1/13,5 = 1570 ºС

При t = 1000 ºС

= 22310*0.95*1/13,71 = 1545,9 ºС

При t = 1800 ºС

= 22310*0,95*1/14,6 = 1451,6 ºС

= 1495,7 ºС   

5. В уравнении теплового баланса всего процесса учитываются тепловые потери не только в камере сгорания, но и в камере смешения:

               ,                               (3)

где  Qв.см  – тепло, вносимое в камеру смешения воздухом, предназначенным для разбавления продуктов сгорания, кДж/кг (кДж/м3); q5.см  – потери тепла через обмуровку в камере смешения, %; Iэн – энтальпия энергоносителя (смеси продуктов сгорания и воздуха), кДж/кг (кДж/м3).

Теплота, вносимая в камеру смешения воздухом, предназначенным для разбавления продуктов сгорания Qв.см , складывается из теплоты сухого воздуха  и водяных паров, содержащихся в нём :

.                                        

При этом    

,

где     – объём сухого воздуха, необходимого для разбавления продуктов сгорания, отнесенный к 1 кг (1 м3) топлива, м3/кг (м33);  – удельный объём водяного пара;  ,  –  теплоёмкость сухого воздуха и водяных паров при температуре tв , кДж/(м3∙ºС), dв – влагосодержание воздуха, кг/м3.

Таким образом:

                                                               (4)

Энергоноситель (сушильный агент), в данном случае, представляет собой смесь

  •  продуктов сгорания топлива, полученных при α=1,
  •  избыточного количества сухого воздуха,
  •  сухого воздуха, вводимого в камеру смешения для разбавления  

   продуктов сгорания,

  •  водяных паров, содержащихся в избыточном воздухе,
  •  водяных паров, содержащихся в воздухе, подаваемом в камеру    

   смешения.

Следовательно, энтальпия энергоносителя, кДж/кг (кДж/м3):

                                           .                                        (5)

Энтальпия теоретического объёма продуктов сгорания в энергоносителе:

                                     ,                           (6)

I0ксг = (1,042*2,132+4,57*1,3743+0,563*1,67)*800 = (2,4+6,26+0,947)*800 = 7680 кДж/кг

где теплоёмкости продуктов сгорания определяются по .

Энтальпия воздуха, поступающего с дымовыми газами из камеры сгорания в камеру смешения, представляет собой сумму энтальпий сухого воздуха     и  водяных паров  :

                                  ,                    (7)

I0в = 5,77*(1,57+1,24*0,01*1,58)*800 = 7337,5 кДж/кг

где   и   – средние в интервале температур от  tв  до    теплоёмкости соответственно сухого воздуха и энергоносителя.

Энтальпия воздуха, подаваемого в камеру смешения для разбавления продуктов сгорания:

                                   ,                             (8)

Iв.см = Vсв.см*(1,385+1,24*0,01*1,67)*800 = Vсв.см*1125

где   и   –  определяются по температуре энергоносителя .

Подставив в левую часть уравнения теплового баланса всего процесса (3) уравнение (4), а в правую часть – уравнения (6, 7, 8), определяем .

(22310*0,95+*(1,2990+1,24*0,01*1,499)*30)*(100-1,8)/100= 9368+11,25*

11826,5=1086,21*

= 10,88 м3/кг    

Тогда удельный расход воздуха, необходимый для разбавления продуктов сгорания в камере смешения, м3/кг (м33):

.

= 10,88+1,24*0,01*10,88 = 11,02 м3/кг   

6. Объёмный расход энергоносителя, м3/с:

                                               ,                                       (9)

где   – объёмный расход продуктов сгорания, образующихся в камере сгорания при α=1;   –  объёмный расход избыточного воздуха, предназначенного для сжигания топлива;  –  объёмный расход воздуха, подаваемого в камеру смешения для разбавления продуктов сгорания.  

Все вышеперечисленные объёмные расходы могут быть выражены через расчётный расход топлива Вт.р :

                                                  ;                                               (10)

                                                   ;                                    (11)

                                                   ,                                            (12)

где   – объёмный расход избыточного сухого воздуха, подаваемого в камеру сгорания;

 – объёмный расход водяных паров в избыточном воздухе.

При известном расходе энергоносителя , подставив зависимости (10, 11, 12) в формулу (9), можно определить секундный расчётный расход топлива Вт.р , необходимый для получения заданного количества энергоносителя.

1,2 = 6,172* Вт.р +(0,23*5,77* Вт.р +1,24*5,77*0,01* Вт.р )+11,02* Вт.р 

1,2= 12,4* Вт.р 

Вт.р =0,097 кг/с  

Тогда полный расход топлива, кг/с (м3/с):

.

Вт = 0,097*100\(100-3) = 0,1 кг/с   

Объёмный расход воздуха, необходимый для сжигания топлива определяется по найденному расчётному расходу топлива, м3/с:

,

Gв = 1,23*5,77*0,097*(1+1,24*0,01) = 0,696 м3/с   

= 11,02*0,097=1,07 м3

=1,24*5,77*0,01*0,097=0,007,

= (1,23-1)*5,77*0,097=0,13

=0,137

где  - расход воздуха, подаваемого в камеру смешения для разбавления продуктов сгорания.   

7. Суммарный объем продуктов сгорания 

         

RO2 = 1,042/7,52*100 = 13,85 %

N2 = 5,9/7,52*100 = 78,46 %

О2 = 1,5/7,52*100 = 19,94 %

Н2О = 0,58/7,52*100 = 7,71 %   

В результате разбавления продуктов сгорания воздухом в камере смешения в энергоносителе увеличивается количество кислорода, азота и водяных паров, м3/кг (м33):

= 5,9+0,79*10,88 = 14,5 м3/кг;

= 1,5+0,21*10,88 = 3,78 м3/кг;

= 0,58+1,24*0,01*10,88 = 0,71 м3/кг.

Общий выход энергоносителя:

= 1,042+14,5+3,78+0,71 = 20,03 м3/кг.

Состав энергоносителя, %:

     

RO2э = 1,042/20,03*100 = 5,2 %

N2э = 14,5/20,03*100 = 72,39 %

О2э = 3,78/20,03*100 = 18,87 %

Н2Оэ = 0,93/35,17*100 = 3,54 %   


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

51905. Кредитно – денежная система. Монетарная политика 48.5 KB
  Функции центрального банка: разработка и реализация денежно – кредитной политики; эмиссия и изъятие денег из обращения; хранение золотовалютных резервов страны; выполнение кредитных и расчётных операций для правительства; контроль за деятельностью коммерческих банков и т. функция замещения наличных денег кредитными операциями. Процесс создания денег. Денежный мультипликатор Предложение денег на денежном рынке увеличивается или уменьшается в результате деятельности коммерческих банков за счет так называемых кредитных денег.
51906. Психологический анализ урока 38 KB
  В ходе анализа рассматривается насколько урок соответствует уровню подготовки учащихся и их интеллектуальному развитию. Анализируются психологическая природа усвоения учебного материала развития интеллектуальной активности обучаемых в учебном процессе соответствие приемов и способов работы возрастным и индивидуальнопсихологическим особенностям учащихся. критерии Психологическая цель урока: 1 проектирование развития учащихся в пределах изучения конкретного учебного предмета и конкретного урока; 2 учет в целевой установке урока...
51911. Финансовые отношения предприятия с бюджетом 44 KB
  Налоги – это обязательные платежи взимаемые государством с юридических и физических лиц в государственные или местные бюджеты. По методу установления налоги подразделяются на: Косвенные – налоги устанавливаемые в виде надбавки к цене или тарифу НДС акцизы. Прямые налоги – устанавливаются на доход или имущество налогоплательщика. В зависимости от органов власти устанавливающих налоги выделяют: 1 Государственные – это налоги которые разрабатывает правительство и которые зачисляются в центральный или местные бюджеты налог на прибыль на...
51913. Социальная политика государства 42.5 KB
  Доходы и проблемы их распределения в рыночной экономике. Доходы и проблемы их распределения в рыночной экономике. Доходы – это сумма денежных средств получаемая за определённый промежуток времени и предназначаемая для приобретения благ и услуг в целях личного потребления. Законные доходы – доходы получаемые от деятельности не противоречащей существующим юридическим законам.