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

28 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

45172. Управленческая модель новгородской республики. История ГУ 31.5 KB
  Необычна судьба Новгорода в истории русского средневековья. Однако уникальность исторического опыта Новгорода проявлялась прежде всего в том что в системе древнерусских земель и княжеств это был самый крупный городгосударство где не существовало правящей династии князей. Вплоть до этого времени киевские князья без особого успеха боролись с древней ещё племенной традицией вечевой власти Новгорода постепенно отдавая городу всё больше прав. боярство и купечество Новгорода используя народное движение добились политической независимости от...
45173. Распространению христианства на Руси 24.41 KB
  Её появление обычно связывают с так называемым Фотиевым крещением Руси в первой половине 860х годов. Ряд историков предполагает что первыми крестителями русинов могли быть братья Кирилл и Мефодий отправленные Фотием с миссией в Хазарию. Традиционная историография относит Крещение Руси к 988 году хотя по мнению некоторых церковных историков есть основания полагать 987 более вероятной датой.
45174. Русь в структуре золотоордынского управления 25.5 KB
  Ордынское иго надолго затормозило экономическое развитие Руси разрушило ее сельское хозяйство подорвало русскую культуру привело к падению роли городов в политической и экономической жизни Руси к резкому сокращению населения страны особенно городского. Дань 14 различных видов и тягостей истощала экономику Руси мешала ей оправиться после разорения. Значительно ухудшилось международное положение Руси были разорваны древние торговые и культурные связи Руси с соседними странами. Под власть Литвы попали западнорусские города Смоленск...
45175. Великое Княжество Литовское 41 KB
  Образование Великого княжества Литовского было ускорено необходимостью объединиться для борьбы с агрессией немецких крестоносцев усилившейся с начала XIII в. Вхождение в состав Великого княжества Литовского русских украинских белорусских земель с более развитыми общественными отношениями и культурой содействовало дальнейшему развитию общественноэкономических отношений в Литве. Это а также различия в уровне общественноэкономического развития и этническая неоднородность отдельных частей Великого княжества Литовского обусловили отсутствие...
45176. Механизмы и институты власти в Московском централизованном государстве 15- начале 16 вв 149.93 KB
  Он был главой Российского государства и обладал широким кругом прав: издавал законы осуществлял государственное руководство имел судебные полномочия. С падением власти удельных князей великий князь стал подлинным властелином всей территории государства. Централизация государства явилась внутренним источником усиления великокняжеской власти а падение Золотой Орды внешним. Власть великого князя была ещё ограничена другими органами раннефеодального государства прежде всего Боярской думой.
45178. Причнина, как управленческая модель 89 KB
  Историк Скрынников считает что во время политики опричнины погибло около четырех тысяч человек а Кобрин пятнадцать тысяч. Правление Ивана Грозного; истоки политики опричниныПодходило к концу правление Василия III.1 Сущность опричниныПроводимые реформы ограничивающие власть феодалов стали встречать их сопротивление несогласие с царской политикой неподчинение воле царя. Все кто жил на территории опричнины но не были опричниками выселялись.
45179. История государственного управления 86.42 KB
  Со смертью бездетного царя Федора Ивановича пресеклась многовековая династия Рюриковичей. Избрание было абсолютно легитимным но сам процесс становления авторитета нового царя у знати приказных людей и широких слоев русского общества легитимация династии требовали значительного времени. Успешными оказались внешнеполитические акции царя отвоевание в 1590 1593 гг. Ответственность за бедствия обрушившиеся на страну в массовом сознании возлагались на царя и объяснялись Божьим наказанием за его неправедность.
45180. Эволюция Земских соборов 95 KB
  Эволюция Земских соборов. Земский собор Совет всей земли высшее сословно-представительское учреждение Российского царства с середины XVI до конца XVII века собрание представителей всех слоёв населения кроме крепостных крестьян для обсуждения политических экономических и административных вопросов. Земский собор существовал в условиях сословно-представительной монархии. Последним земским собором принято считать собрание состоявшееся в 1683 1684 годы по вопросу о вечном мире с Речью Посполитой.