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

23 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

24690. Класифікація витрат 37 KB
  За центрами відповідальності місцем виникнення Витрати виробництва цеху дільниці технологічного переділу служби. За видами продукції Витрати на вироби типові представники виробів групи однорідних виробів одноразові замовлення напівфабрикати. За єдністю складу витрат Одноелементні витрати і комплексні витрати. Наприклад: одноелементні сировина матеріали прямі витрати на оплату праці; комплексні витрати їх облік ведуть окремо за елементами та статтями: 919293 4.
24691. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПРОДОЛЬНОЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ 122 KB
  Принцип действия продольных дифференциальных РЗ основан на сравнении значения и фазы токов в начале и конце защищаемой ЛЭП.1 а при внешнем КЗ в точке К токи I1 и I11 на концах ЛЭП АВ направлены в одну сторону и равны по значению а при КЗ на защищаемой ЛЭП рис. Следовательно сопоставляя значение и фазу токов I1 и I11 можно определять где возникло КЗ на защищаемой ЛЭП или за ее пределами.
24692. ЗАЩИТA ГЕНЕРАТОРОВ 41.5 KB
  Подобная защита начала также применяться и в отечественной практике. ЗАЩИТА ОТ МЕЖДУФАЗНЫХ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ В ОБМОТКЕ СТАТОРА Назначение и общие принципы выполнения защиты. ЗАЩИТА ОТ ЗАМЫКАНИЙ МЕЖДУ ВИТКАМИ ОДНОЙ ФАЗЫ Защита от витковых замыканий имеет ограниченное применение вследствие отсутствия простых способов ее осуществления. В связи с этим чувствительность защиты должна быть очень высокой и защита должна действовать на отключение.
24693. МАКСИМАЛЬНЫЕ ТОКОВЫЕ ЗАЩИТЫ С РЕЛЕ ПРЯМОГО ДЕЙСТВИЯ 557.5 KB
  Выпускаются токовые реле прямого действия мгновенные типа РТМ и с ограниченно зависимой характеристикой РТВ.32 а и б показаны двухфазные схемы МТЗ с реле типа РТВ. Реле РТВ представляет собой электромагнитное реле с втягивающимся якорем рис.
24694. НЕСЕЛЕКТИВНЫЕ ОТСЕЧКИ 45 KB
  Такая отсечка применяется для быстрого отключения КЗ в пределах всей защищаемой ЛЭП. Неселективное действие отсечки при КЗ вне ЛЭП исправляется при помощи АПВ включающего обратно отключившуюся ЛЭП. При этом пускается устройство АПВ которое включает обратно неселективно отключившуюся ЛЭП W1 и восстанавливает питание подстанции В.
24695. УКАЗАТЕЛЬНЫЕ РЕЛЕ 101 KB
  20 показано указательное реле типа РУ21 сигнализирующее действие РЗ на отключение выключателя. При срабатывании РЗ по обмотке реле 3 проходит ток приводящий реле в действие. Ввиду кратковременности прохождения тока в обмотке указательных реле они выполняются так что сигнальный флажок и контакты реле остаются в сработанном состоянии до тех пор пока их не возвратит на место обслуживающий персонал.
24696. НЕОБХОДИМОСТЬ И СПОСОБЫ РЕЗЕРВИРОВАНИЯ 177 KB
  С ними нельзя не считаться поскольку отказ РЗ или выключателя означает неотключение КЗ а следовательно длительное прохождение токов КЗ и снижение напряжения в сети. Наряду с принятием мер по повышению надежности действия РЗ и выключателей особо важное значение приобретает резервирование отключения КЗ в случае отказа выключателя или действующей на него РЗ. Применяются два способа резервирования: дальнее осуществляемое РЗ и выключателями смежных участков установленными на соседних энергообъектах; ближнее осуществляемое РЗ и...
24697. НАЗНАЧЕНИЕ ЗАЩИТЫ ШИН 380.5 KB
  ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ЗАЩИТА ШИН Дифференциальная РЗ шин ДЗШ рис. Для питания ДЗШ на всех присоединениях устанавливаются ТТ с одинаковым коэффициентом трансформации К независимо от мощности присоединения. Тогда при внешних КЗ X 1пр = 0 и реле не будет действовать а при КЗ в зоне на шинах равна сумме токов КЗ притекающих к месту повреждения и ДЗШ работает. Вторичные токи направлены в обмотке реле одинаково поэтому ток в реле равен их сумме: Так както Выражение показывает что При КЗ на шинах ДЗШ реагирует на...