Как найти низшую теплоту сгорания топлива - Сайт, где вы сможете решить свои вопросы

Теплота сгорания
топлива.
Теплотой сгорания топлива называют
количество теплоты в кДж, выделяемой
при полном сгорании 1 кг твердого
(жидкого) или 1 м³
газообразного топлива.

Для твердого и
жидкого топлива различают теплоту
сгорания высшую
Q_в
(кДж/кг) и
низшую Q_н
(кДж/кг).

Величины высшей
и низшей теплоты сгорания рабочей,
горючей и сухой массы твердого
(жидкого) топлива связаны выражениями:

Q=Q+225Н^р+25W^p; (1.9
)

Q=Q+225Н^г; (1.10)

Q=Q+225Н^с. (1.11)

Тепловые расчеты
котлов выполняют, пользуясь низшей
теплотой сгорания рабочей массы
топлива:

низшая теплота
сгорания (кДж/кг) рабочей массы твердого
и жидкого топлива

Q=338C^p+1025H^p-108,5(O^p-S)-25W^p, (1.12)

где С^р,
Н^р,
О^р,
S,
W^p
— содержание элементов в рабочей массе
топлива, %;

низшая теплота
сгорания (кДж/м³)
газообразного топлива

Q=108H₂
+ 126CO
+ 234H₂S
+ 358CH₄
+ 591C₂H₄
+ 638C₂H₆+860С₃Н₆
+ 913С₃Н₈
+
+ 1135С₄Н₈+1187С₄Н₁₀+1461С₅Н₁₂+
1403C₆H₆, (1.13)

где Н₂,
СО, H₂S,
СН₄,
С₂Н₄
и т. д. — объемное содержание газов,
входящих в состав газообразного топлива,
%.

При пересчете
низшей теплоты сгорания пользуются
следующими формулами:

с горючей массы
на рабочую и обратно

(1.14)

(1.15)

с сухой массы на
рабочую и обратно

(1.16)

(1.17)

для горючих сланцев
— с горючей массы на рабочую и обратно

(1.18)

(1.19)

при изменении
влажности

(1.20)

Для смеси двух
твердых, жидких или газообразных топлив
низшая теплота сгорания определяется
по формуле

, (1.21)

где b₁
— массовая
доля одного из топлив в смеси;
— низшая
теплота сгорания первого вида топлива
в смеси, кДж/кг (кДж/м³);
—
низшая теплота сгорания второго вида
топлива, кДж/кг (кДж/м³).

Для сравнения
тепловой ценности различных видов
топлива пользуются понятием условного
топлива. Условным
топливом называют
такое топливо, теплота сгорания которого
равна 29 300 кДж/кг.

Пересчет расхода
натурального топлива на условное
осуществляется по формуле

В_у=ВЭ, (1.22)

где В_у
и
В —
соответственно расход условного и
натурального топлива, кг, кг/с; Э
— тепловой
эквивалент топлива, определяемый по
формуле

Э=/29
300. (1.23)

Зольность,
влажность и
сернистость
топлива. При
рассмотрении условий работы котлов
на различных видах топлива пользуются
приведенными величинами зольности А_пр
влажности
W_np
и сернистости
S_пр,
топлива:

приведенная
зольность топлива, кг·%/МДж,

А_пр=А^р/; (1.24)

приведенная
влажность топлива, кг·%/МДж,

W_пр=W^р/; (1.25)

приведенная
сернистость топлива, кг·%/МДж,

S_пр=/; (1.26)

Задача 1.9.
Определить низшую и высшую теплоту
сгорания рабочей массы челябинского
угля марки БЗ состава: С^р=37,3%;
Н^р=2,8%;
=l,0%;
N^p=0,9%;
О^р=10,5%;
А^р=29,5%
и W^p=18,0%.

Ответ: =13997
кДж/кг; =15077
кДж/кг.

Задача 1.10.
Определить низшую и высшую теплоту
сгорания рабочей массы кузнецкого угля
марки Д, если состав его горючей массы:
C^г=78,5%;
Н^г=5,6%;с
S=0,4%;
N^г=2,5%;
О^г=13,0%.
Зольность сухой массы А^с=15,0%
и влажность рабочая W^р=12,0%.

Решение:
Пользуясь коэффициентами пересчета
(табл. 1.1), определяем зольность рабочей
массы топлива

и состав рабочей
массы:

Низшая теплота
сгорания рабочей массы топлива, по
формуле (1.12),

Q
=
338C^p+1025H^p-108,5(O^p-S)-25W^p=338·58,7+1025·4,2-108,5(9,7-0,3)-25·12=
=22
825 кДж/кг.

Высшая теплота
сгорания, по формуле (1.9),

Q=Q+225Н^р+25W^p=22825+225·4,2+25·12,0=24
070 кДж/кг.

Задача 1.11.
Определить
низшую теплоту сгорания рабочей и сухой
массы донецкого угля марки Г, если
известны его низшая теплота сгорания
горючей массы Q=33170
кДж/кг, зольность сухой массы А^с=25,0%
и влажность
рабочая W^p=
8,0%.

Ответ: Q=22024
кДж/кг; Q=24157
кДж/кг.

Задача 1.12.
Определить
низшую теплоту сгорания горючей и сухой
массы кузнецкого угля марки Т, если
известны его низшая теплота сгорания
рабочей массы Q=26180
кДж/кг, зольность сухой массы А^c=
18,0% и влажность
рабочая W^p
= 6,5%.

Ответ:
Q=34345
кДж/кг; Q=28174
кДж/кг.

Задача 1.13.
Определить
высшую теплоту сгорания горючей и сухой
массы кизеловского угля марки Г, если
известны следующие величины: Q=l9680
кДж/кг; Н^р=3,6%;
A^р=31,0%;
W^p=6,0%.

Ответ: Q=21
961 кДж/кг; Q=32635кДж/кг.

Задача 1.14.
Определить
низшую и высшую теплоту сгорания рабочей
массы ленинградских сланцев, если
известны следующие величины: Q=36848
кДж/кг; Н^р=2,7%;
A^р=46,0%;
W^p=11,5%
и (СО₂)=16,4%.

Ответ: Q=
9337 кДж/кг; Q=10
232 кДж/кг.

Задача 1.15.
Определить
низшую и высшую теплоту сгорания горючей
массы высокосернистого мазута, если
известны следующие величины: Q=38772
кДж/кг; Н^р=10,4%;
А^р=0,1%
W^p=3,0%.

Решение:
Содержание водорода в горючей массе
определяем, пользуясь коэффициентом
пересчета (табл. 1.1):

Низшая теплота
сгорания горючей массы топлива, по
формуле (1.15),

кДж/кг.

Высшая теплота
сгорания, по формуле (1.10),

Q=Q+225Н^г=40090+225·10,7
= 42497 кДж/кг.

Задача
1.16. Определить
низшую теплоту сгорания сухо природного
газа Саратовского месторождения состава:
СО₂=0,8%;
СН₄=84,5%;
С₂Н₆=3,8%;
С₃Н₈=1,9%;
С₄Н₁₀=0,9%;
С₅Н₁₂=0,3%;
N₂=7,8%.

Ответ: Q=35799
кДж/м³.

Задача 1.17.
Определить низшую теплоту сгорания
рабочей массы челябинского угля марки
БЗ состава: С^р=37,3%;
Н^р=2,8%;
S=1,O%;
N^p=0,9%;
О^р=10,5%;
A^р=29,5%;
W^p=18%,
— при увеличении его влажности до
W^p=20%.

Ответ:
Q=13542
кДж/кг.

Задача 1.18.
В топке котла сжигается смесь, состоящая
из 3·10³
кг кузнецкого угля марки Д и 7·10³
кг кузнецкого угля марки Т. Определить
низшую теплоту сгорания смеси, если
известно, что низшая теплота сгорания
угля марки Д составляет Q=22825
кДж/кг, а угля марки Т — Q=26180
кДж/кг. .

Ответ: Q=25174
кДж/кг.

Задача 1.19.
Определить высшую теплоту сгорания
рабочей массы, приведенную влажность,
приведенную зольность, приведенную
сернистость и тепловой эквивалент
подмосковного угля марки Б2 состава:
С^р=28,7%;
Н^р=2,2%;
S=2,7%;
N^p=0,6%;
О^p=8,6%;
A^p=25,2%;
W^p=32%.

Решение:
Низшая теплота сгорания рабочей массы
топлива, по формуле (1.12),

Q=338C^p+1025Н^р-108,5
(O^p-S)-25W^p=338·28,7+1025·2,2-108,5(8,6-2,7)-25·32=
=10516
кДж/кг.

Высшая теплота
сгорания рабочей массы топлива, по
формуле (1.9),

Q=Q+225H^p+25W^p=10516
+ 225·2,2+25·32=11811
кДж/кг.

Приведенная
влажность топлива, по формуле (1.25),

W_np=W^p/Q=
32/10,516 = 3,04 кг·
%/МДж.

Приведенная
зольность топлива, по формуле (1.24),

A_пр=A^р/Q=25,2/10,516
= 2,39 кг·%/МДж.

Приведенная
сернистость топлива, по формуле (1.26),

S_np=S^p/Q=2,7/10,516
= 0,257 кг·%/МДж.

Тепловой эквивалент
топлива, по формуле (1.23),

Э=Q/29300=10516/29300=0,36.

Задача 1.20.
Определить
высшую теплоту сгорания рабочей массы,
приведенную влажность, приведенную
зольность, приведенную сернистость
и тепловой эквивалент донецкого угля
марки А, если известны следующие величины:
Q=22625
кДж/кг; Н^р=1,2%;
S=l,7%;
А^р=22,9%;
W^p=8,5%.

Ответ: Q=23107,5
кДж/кг; W_np=0,375
кг·%/МДж;
A_np=1,01
кг·%/МДж;
S_np=0,075
кг·%/МДж;
Э
= 0,77.

Задача 1.21.
Определить
приведенную влажность, приведенную
зольность и приведенную сернистость
донецкого угля марки Т состава: С^p=62,7%;
Н^р=3,1%;
S=2,8%;
N^p=0,9%;
O^p=l,7%;
A^р=23,8%;
W^p=5%.

Ответ: W_np=0,203
кг·%/МДж;
A_np=0,966
кг·%/МДж;
S_np=0,114
кг·%/МДж.

Задача 1.22.
Определить
приведенную влажность, приведенную
зольность и тепловой эквивалент
челябинского угля марки БЗ, если
известен, состав его горючей массы:
С^г=71,1%;
H^г=5,3%;
S=l,9%;
N^г=l,7%;
О^г=20,0%;
зольность сухой массы А^с=36%
и влажность рабочая W^р=18%.

Ответ: W_n_р=1,286
кг·%/МДж;
А^р=2,107
кг·%/МДж;
Э=0,48.

Задача 1.23. На
складе котельной имеется 60·10³
кг ангренского угля марки Б2, состав
которого по горючей массе: C^г=76,0%;
H^г=3,8%;
S=2,5%;
N^г=0,4%;
О^г=17,3%;
зольность сухой массы А^с=20,0%
и влажность рабочая W^р=34,5%.
Определить запас угля на складе в кг
условного топлива.

Ответ: В_у=28315
кг.

Задача 1.24. Для
котельной, в которой установлены котлы
с различными топками, подвезено 50·10³
кг донецкого угля марки Т состава:
С^р=
62,7%; Н^р=3,1%;
S=2,8%;
N^p=0,9%;
O^p=1,7%;
А^р=23,8%;
W^р=5,0%,
и 60·10³
кг донецкого угля марки А состава:
С^р=63,8%;
Н^р=1,2%;
S=l,7%;
N^p=0,6%;
O^p=l,3%;
А^р=22,9%;
W^p=8,5%.
Определить время работы топок, если
известно, что топки, работающие на угле
марки Т, расходуют 2·10³
кг/ч условного топлива, а топки, работающие
на угле марки А, — 2,3·10³
кг/ч условного топлива.

Решение:
Низшая теплота сгорания рабочей массы
донецкого угля марки Т, по формуле
(1.12),

Q=338C^p+1025H^p-108,5(O^p-S)-25W^p=338·62,7+1025·3,1-108,5(1,7-2,8)-25·5,0=
=24365
кДж/кг.

Масса условного
топлива, соответствующая 50·10³
кг донецкого угля марки Т, по формуле
(1.22);

B_y₁=B₁Э=В₁Q/29300=50·10³-24365/29300=41,6·10³
кг.

Определяем время
работы топок на донецком угле марки Т:
τ₁=В_у1/(2·10³)=41,6103/(2·10³)
=20,8 ч.

Низшая теплота
сгорания рабочей массы донецкого угля
марки А, по формуле (1.12),

Q=338С^р+1025Н^р-108,5(O^p-S)-25W^p=338·63,8+1025·1,2-108,5(1,3-1,7)-25·8,5=
=22625
кДж/кг.

Масса условного
топлива, соответствующая 60·10³
кг донецкого угля марки А, по формуле
(1.22),

B_y₂=B₂Q/29300=60·10³-22625/29300=46,3·10³
кг.

Находим время
работы топок на донецком угле марки А:

τ₂=B_у2/(2,3·10³)=46,3·10³/(2,3·10³)=20,1
ч.

Задача 1.25.
Две котельные установки одинаковой
производительности работают на
различных видах топлива. Первая из них
сжигает 10·10³
кг/ч кузнецкого угля марки Т состава:
С^р=68,6%;
Н^р=3,1%;
S=0,4%;
N^p=l,5%;
О^р=3,1%;
A^р=16,8%;
W^p=6,5%.
Вторая расходует 6·10³
кг/ч кузнецкого угля марки Д состава:
C^p=58,7%;
Н^р=4,2%;
S=0,3%;
N^p=l,9%;
О^р=9,7%;
A^p=13,2%;
W^p=12,0%.
Определить, какому количеству
условного топлива эквивалентен часовой
расход топлива в установках.

Ответ: B_y₁=9000
кг/ч; В_у2=4674
кг/ч.

Задача 1.26.
В котельной за 10 ч сжигается 10⁶
кг донецкого угля марки Г состава:
С^p=55,2%;
Н^р=3,8%;
S=3,2%;
N^p=1,0%;
О^р=5,8%;
А^р=23,0%;
W^p=8,0%.
Определить часовую потребность котельной
в условном топливе.

Ответ: В_у=15170
кг/ч.

Соседние файлы в папке задачи по турбинам

Источник

1.1. Элементарный состав твердого, газообразного и жидкого топлива

В базовой и промышленной энергетике для получения электрической и тепловой энергии используется в основном топливо органического происхождения.

Все виды органического топлива (горючие) представляют собой углеводородные соединения, в которые входят небольшие количества других веществ.

К твердому топливу относят: антрацит, каменный и бурый уголь, торф, дрова, сланцы, отходы лесопильных заводов и деревообделочных цехов, а также растительные отходы сельскохозяйственного производства — солому, костру, лузгу и др.

К жидкому топливу относят нефть, а также различные продукты ее переработки: бензин, керосин, лигроин, разнообразные масла и остаточный продукт нефтепереработки нефти — мазут.

До 70 % и более видов жидкого топлива используется на транспорте — авиационном, автомобильном, специальном водном, железнодорожном (тепловозы), около 30 % сжигается в виде мазута на тепловых электростанциях и в промышленных котельных.

К газообразному топливу относят природный газ, добываемый из недр земли, попутный нефтяной газ, газообразные отходы металлургического производства (коксовый и доменный газ), крекинговый газ, а также генераторный газ, получаемый искусственным путем из твердого топлива в особых газогенераторных установках.

Топливо в том виде, в каком оно поступает для сжигания в топки котлов или в двигатели внутреннего сгорания, называется рабочим.

В общем случае в состав рабочего (твердого или жидкого) топлива входят углерод С, водород Н, кислород О, азот N и летучая сера S, а также негорючие минеральные примеси — зола А и влага W.

Для рабочей массы топлива имеет место равенство:

C^p+ H^p+ O^p+ N^p+ S^p+ A^p+ W^p= 100 %, (1.1)

где С^Р, Н^Р, О^Р и т. д. — элементы рабочего топлива, % общей массы топлива.

Влага, содержащаяся в топливе совместно с золой, называется балластом топлива.

В естественных видах ископаемого твердого топлива встречается сера трех разновидностей:

1) органическая S^о, связанная с другими элементами топлива С, Н, N и О в виде сложных органических соединений;

2) колчеданная S^к в виде пирита, колчедана FeS₂;

3) сульфатная S^сульф в виде солей серной кислоты (гипс, FeSО₄и др.). Сульфаты представляют собой высокие окислы серы, поэтому находящаяся в них сера гореть не может. Присутствующие в топливе органическая и колчеданная серы сгорают, образуя токсичный сернистый ангидрид SO₂и (в небольших количествах) еще более токсичный серный ангидрид SO₃. Выброс их с продуктами сгорания вызывает загрязнение воздушного бассейна.

Органическая и колчеданная сера образуют вместе летучую горючую серу S_л. Общее содержание серы в топливе

Sобщ = S^о + S^к + S^сульф = Sл + S^сульф. (1.2)

В горючую часть топлива входит только летучая сера, остальная сера в горении участия не принимает и может быть отнесена к балласту топлива.

Для правильного представления тепловых свойств топлива вводится понятие горючей массы, для которой

С^г+ Н^г+ О^г+ N^г+ S^г_л= 100 %, (1.3)

где индекс вверху показывает, что процентный состав отдельных элементов отнесен к горючей массе.

Название «горючая масса» носит условный характер, так как действительно горючими ее элементами являются только углерод, водород и сера. Углерод — преобладающий компонент твердых и жидких топлив, в топливах его обычно содержится от 50 до 95 %, тогда как содержание водорода Н^г колеблется в пределах от 1 до 11 %, а серы S^г — от 0 до 8 %. Горючую массу можно характеризовать как топливо, не содержащее золы и в абсолютно сухом состоянии. Содержание азота в горючей массе твердых топлив обычно составляет 1—2 % по массе. Несмотря на столь малое количество, азот является весьма вредным компонентом, поскольку при сгорании азотсодержащих соединений в высокотемпературных топках образуются сильнотоксичные оксиды NО и NO₂(они образуются также и из атмосферного азота, но в

меньшей степени).

Для топлива, содержащего большое количество влаги (бурый уголь, торф, дрова, некоторые растительные отходы), в некоторых случаях удобно использовать понятие сухой массы, т. е. характеризовать состав абсолютно сухого топлива суммой элементов С^с, Н^с, О^с, N^с, S^с и А^с. При этом

С^с + Н^с + О^с + N^с + S^с + Ас = 100 %, (1.4)

где индекс показывает, что процентный состав отдельных элементов отнесен к сухой массе.

Для взаимного пересчета массы топлива в соответствии с понятием о массах топлива служат формулы, объединенные в табл. 1.1.

Таблица 1.1. Формулы для пересчета состава топлива с одной массы на другую

Заданная масса топлива	Искомая масса топлива, %
рабочая	сухая	горючая
Рабочая	1
Сухая		1
Горючая			1

Зольность топлива. Золой называют твердый негорючий остаток, остающийся после сжигания топлива в атмосфере воздуха. Зола может быть в виде сыпучей массы с плотностью в среднем 600 кг/м³ и в виде сплавленных пластин и кусков, называемых шлаками, с плотностью до 800 кг/м³.

В состав золы большинства видов твердого топлива входят: глинозем Al₂O₃, кремниевая кислота SiO₂, известь СаО, магнезия MgO, щелочи Na₂O, окислы железа FeO и Fe₂О₃.

Влажность твердого топлива. Влажность твердого топлива W^рдоходит

до 50 % и более и определяет экономическую целесообразность использования данного горючего материала и возможность его сжигания. Влага снижает температуру в топке и увеличивает объем дымовых газов. Увеличенный объем дымовых газов требует дополнительной энергии на их удаление.

Очевидно, что влага является балластной примесью, так как уменьшает тепловую ценность исходного топлива. Кроме того, часть теплоты, выделяемой топливом при его сгорании, расходуется на испарение влаги.

Летучие вещества. При нагревании твердого топлива без доступа воздуха его органическая масса разлагается, в результате чего образуются газы, водяные и смоляные пары и углесодержащий остаток. Суммарное количество выделяющихся летучих веществ увеличивается с увеличением температуры и времени выдержки, этот процесс в основном заканчивается при 700—800 ^оС. Выход летучих веществ V^г, в процентах на горючую массу, является важнейшей характеристикой горючей массы твердого топлива и уменьшается по мере увеличения его возраста. Чем больше выход летучих веществ, т.е. чем больше топлива превращается при нагревании в горючий газ, тем проще зажечь это топливо и легче поддерживать устойчивое горение. Органическая часть древесины и горючих сланцев при нагревании без доступа воздуха почти целиком переходит в летучие вещества

(V^г= 85÷90%), в то время как у антрацитов V^г= 3÷4 %. Именно большой выход летучих веществ определяет хорошую горючесть древесины.

Состав некоторых видов твердого топлива представлен в табл. 1.2.

Таблица 1.2. Примерный состав и теплотехнические характеристики горючей массы основных видов твердого топлива

Топливо	Состав горючей массы, %	Выход летучих веществ, V^г, %	Низшая теплота сгорания, МДж/кг
С^г	S^г	Н^г	O^г	N^г
Дрова	51	—	6,1	42,2	0,6	85	19
Торф	58	0,3	6	33,6	2,5	70	8,12
Горючий сланец	60—75	4—13	7—10	12—17	0,3—1,2	80—90	7,66
Бурый уголь	64—78	0,3—6	3,8—6,3	15,26	0,6—1,6	40—60	27
Каменный уголь	75—90	0,5—6	4—6	2—13	1—2,7	9—50	33
Полуантрацит	90—94	0,5—3	3—4	2—5	1	6—9	34
Антрацит	93—94	2—3	2	1—2	1	3—4	33

Жидкое топливо. Практически все виды жидкого топлива получают путем переработки нефти (бензин, керосин, дизельное топливо и мазут). Мазут представляет собой сложную смесь жидких углеводородов, в состав которых входят в основном углерод (С^р= 84÷86 %) и водород (Н^р= 10÷12 %); О^р + N^р= 1÷2 %, содержание воды и зольность не превышают 0,2—1,5%.

Мазуты, полученные из нефти ряда месторождений, могут содержать много серы (до 4,5—5%), что резко усложняет защиту окружающей среды при их сжигании.

Характеристики основных видов жидкого топлива приведены в табл. 1.3. Из указанных выше видов жидкого топлива в промышленных и котельных печах сжигаются только топочные мазуты, которые классифицируются по степени их вязкости: М20, М40, М60, М80, М100 и М120 (цифры в указанных марках мазута означают условную вязкость в градусах Энглера).

Для транспортных установок применяют так называемый мазут флотский марок Ф5 и Ф12.

В табл. 1.4 приведены характеристики топочных и флотских мазутов.

Газообразное топливо. Газообразное топливо по сравнению с другими видами топлива имеет ряд существенных преимуществ: сгорает при небольшом избытке воздуха, образуя продукты полного горения без дыма и копоти; не дает твердых остатков; удобно для транспортировки по газопроводам на большие расстояния и позволяет простейшими средствами осуществлять сжигание в установках самых различных конструкций и мощностей. Газообразное топливо делится на естественное и искусственное. Естественное топливо в свою очередь делится на природное и нефтепромысловое.

Таблица 1.3. Характеристики некоторых видов жидкого топлива, получаемого из нефти

Топливо	Состав горючей массы, %	Зольность сухого топлива А^с, %	Влага рабочего топлива W^р, %	Низшая теплота сгорания рабочего топлива, МДж/кг
углерод С^г	водород Н^г	сера S^г	кислород и азот O^г + N^г
Бензин	85	14,9	0,05	0,05	0	0	43,8
Керосин	86	13,7	0,2	0,1	0	0	43
Дизельное	86,3	13,3	0,3	0,1	Следы	Следы	42,4
Солярное	86,5	12,8	0,3	0,4	0,02	Следы	42
Моторное	86,5	12,6	0,4	0,5	0,05	1,5	41,5
Мазут:
малосернистый	86,5	12,5	0,5	0,5	0,1	1	41,3
сернистый	85	11,8	2,5	0,7	0,15	1	40,2
многосернистый	84	11,5	3,5	0,5	0,1	1	40

Таблица 1.4. Основные характеристики котельных мазутов

Показатель	Нормы по маркам мазута
флотского	топочного
Ф5	Ф12	40	100	200
Вязкость (условная), ^оВУ, не более:
при 50 °С	5	12	—	—	—
при 80 °С	—	—	8	15,5
при 100 °С	—	—	—	—	6,5—9,5
Температура застывания °С, не выше
мазута	–5	–8	+10	+25	+ 36
мазута из высокопарафиновых нефтей	—	—	+25	+42	+42
Температура вспышки, °С, не ниже, при
определении в тигле:
закрытом	80	90	—	—	—
открытом	—	—	90	110	140

Природный газ получают из чисто газовых месторождений, где он выбрасывается из недр земли под давлением, доходящим иногда до 100 атм и более. Основным его компонентом является метан СН₄, кроме того, в газе разных месторождений содержатся небольшие количества водорода Н₂, азота N₂, высших углеводородов С_nН_m, оксида (СО) и диоксида (СO₂) углерода. В табл. 1.5 представлены характеристики горючих газов, входящих в состав газообразного топлива.

Таблица 1.5. Характеристика горючих газов, входящих в состав газообразного топлива

Газ	Химическая формула	Низшая теплота сгорания 1 м³ газа Q_н^с	Плотность газа r, кг/м³, при нормальных условиях	Удельный объем, м³/кг	Теоретическая температура горения, °С
МДж/м³	ккал/м³
Водород	Н₂	10,8	2 580	0,09	11,112	—
Метан	СН₄	35,82	8 555	0,717	1,4	1 980
Этан	С₂Н₆	63,75	15 226	1,342	0,746	2 150
Пропан	С₃Н₈	91,25	21 795	1,967	1,51	—
Бутан	С₄Н₁₀	118,65	28 338	2,593	0,385	2 080
Пентан	C₅H₁₂	146,08	34 890	3,218	0,321	2 090
Этилен	С₂Н₄	59,06	14 107	1,261	—	2 200
Пропилен	С₃Н₆	86,00	20 541	1,915	—	2 270
Бутилен	C₄H₈	113,51	27 111	2,372	—	2 100
Оксид углерода	СО	12,64	3 018	1,25	0,8	—
Сероводород	H₂S	23,38	5 585	1,5392	0,650	1900

При добыче нефти выделяется так называемый попутный газ, содержащий меньше метана, чем природный, но больше высших углеводородов и поэтому выделяющий при сгорании больше теплоты. Проблема полного его использования сейчас весьма актуальна.

К искусственным газам относят доменный газ, являющийся продуктом при выплавке чугуна на металлургических заводах; коксовый, образующийся при получении кокса в коксовых батареях; светильный, получаемый при сухой перегонке угля; генераторный, получаемый в газогенераторах.

Коксовый и доменный газ используют главным образом на месте в доменном и других цехах металлургического завода.

В табл. 1.6 представлены состав и теплота сгорания некоторых видов газообразного топлива.

Теплота сгорания топлива. Основной характеристикой топлива является так называемая теплота сгорания. Теплотой сгорания твердого и жидкого топлива называется количество тепла, кДж, выделяемое 1 кг топлива при полном его сгорании. Теплоту сгорания обозначают буквой Q и измеряют в килоджоулях на килограмм (кДж/кг) [в системе МКГСС в килокаллориях на килограмм (ккал/кг)].

Теплоту сгорания газообразного топлива относят обычно к 1 м³, взятому при нормальных условиях (0 °С, 760 мм рт.ст.), и измеряют в килоджоулях на метр кубический (кДж/м³).

Таблица 1.6. Состав и теплота сгорания основных горючих газов

Газы	Состав сухого газа, % по объему	Низшая теплота сгорания газа Q_н^с , МДж/м³
СН₄	Н₂	СО	С_mH_n	O₂	СО₂	S	N₂
Природный Коксовый (очищенный) Доменный Сжиженный (ориентировочно)	94,9 22,5 0,3 4	— 57,5 2,7	— 6,8 28	3,8 1,9 —	— 0,8 —	0,4 2,3 10,2	— 0,4 0,3	0,9 7,8 58,5	36,7 16,6 4,0 88,5
Пропан 79, этан 6, Н — изобутан 11

Теплота сгорания зависит от химического состава топлива и условий его сжигания.

В соответствии с понятием органической, горючей и других масс топлива она может быть отнесена к той или другой из этих масс. Наибольший практический интерес представляет теплота сгорания рабочей массы топлива Q_н^р.

Низшей теплотой сгорания Q_н^р рабочего топлива называют тепло, выделяемое при полном сгорании 1 кг топлива, за вычетом тепла, затраченного на испарение как влаги, содержащейся в топливе, так и влаги, образующейся от сгорания водорода.

Теплоту сгорания топлива определяют по формулам, учитывающим, что углерод С, водород Н и сера S, участвующие в горении, выделяют определенное количество тепла.

Для определения Q_н^р используют формулу Д.И. Менделеева, которая дает достаточно точные результаты для самых разнообразных видов топлива.

Формула для определения Q_н^р, кДж/кг, твердого и жидкого топлива имеет вид

Q_н^р = 338 С^р+ 1025 Н^р– 108,5 (О^р– S^р)– 25 Wр, (1.5)

где коэффициенты выражают теплоту сгорания отдельных горючих элементов, деленную на 100.

Низшую теплоту сгорания сухого газообразного топлива определяют как сумму произведений теплот сгорания горючих газов на их объемное содержание в смеси, кДж/м³:

Q_н^р = 127 СО + 10 Н₂ + 358 СН₄ + 591С₂Н₆ + 911 С₃Н₈ + 234 Н₂S. (1.6)

Условное топливо. Большая разница в теплоте сгорания различных видов топлива затрудняет в некоторых случаях проведение сравнительных расчетов, например, при выявлении запасов топлива, при оценке целесообразности применения разных сортов топлива и пр. Поэтому принято понятие условного топлива. Условным называется такое топливо, теплота сгорания 1 кг или 1 м³ которого равна 29330 кДж (Qусл).

Для перевода действительного топлива в условное пользуются соотношением (безразмерным коэффициентом):

Эк= Q_н^р /29330 (в системе МКГСС –Эк= Q_н^р/7000), (1.7)

где Эк — калорийный эквивалент, указывающий какая часть теплоты сгорания условного топлива соответствует низшей теплоте сгорания рассматриваемого топлива (табл. 1.7).

Таблица 1.7. Калорийные эквиваленты различных видов топлива

Вид топлива	Низшая теплота сгорания Q_н^р, кДж/кг	Калорийный эквивалент Эк=Q_н^р/Qусл
*Твердое топливо*
Дрова смешанные	12 580	0,43
Торф фрезерный	8460	0,29
Бурый уголь (Подмосковный бассейн)	10760	0,37
Бурый уголь (Назаровское месторождение)	13020	0,44
Антрацит АШ (Донецкий бассейн)	24240	0,83
Сланцы эстонские	10340	0,35
*Жидкое топливо*
Нефть сырая	43000	1,47
Мазут М-100 (многосернистый)	40030	1,37
Мазут М-100 (малосернистый)	40820	1,39
Газообразное топливо *
Природный газ	34860	1,65
Доменный газ	3770	0,1
Коксовый газ	18000	1,21
Генераторный водяной	10030	0,3
Сжиженный газ (технический пропан)	93750	3,2

* Теплота сгорания газообразного топлива, кДж/м³, при нормальных условиях.

Расход условного топлива

Вусл= B Q_н^р /Q_усл , (1.8)

где В — расход рассматриваемого топлива; Q_н^р — теплота сгорания топлива.

1.2. Расчеты горения топлива

При тепловом расчете топливосжигающих установок (паровых и водогрейных котлов, промышленных огневых печей, двигателей внутреннего

сгорания), а также при обработке результатов их испытаний определяют следующие характеристики и величины:

• теоретический и действительный расходы воздуха V0 и Vд, необходимые для сгорания 1 кг твердого и жидкого топлива или 1 м³ газообразного топлива;

• состав и объем продуктов сгорания Vг (дымовых газов);

• энтальпию дымовых газов при требующихся температурах и коэффициентах избытка воздуха Тг.

Для полного сгорания топлива требуется некоторый избыток воздуха против теоретического расхода. Избыток воздуха характеризуется так называемым коэффициентом избытка aт (иногда называемым коэффициентом расхода воздуха). Он зависит от способа сжигания топлива, качества смесеобразования топлива с воздухом и ряда других факторов.

Коэффициент избытка воздуха представляет собой отношение действительного расхода воздуха к теоретическому, т. е.

a_т= V_д/V₀. (1.9)

При полном сгорании дымовые газы (продукты сгорания) состоят из СО₂ и SО₂, получившихся при сгорании углерода и летучей серы, водяного пара, образующегося при испарении влаги топлива и сгорании его водорода, азота, подводимого в топку (камеру сгорания) с воздухом, и, наконец, кислорода, не использованного при горении.

Объем продуктов сгорания определяется по формуле

V_г= V_CO₂ + V_SO₂+ V_H₂_O+ V_N₂+ V_O₂. (1.10)

При проведении химического анализа дымовых газов содержание СО₂ и SO₂ определяется совместно, поэтому в расчетные формулы вводится сумма количества СО₂ и SO₂, обозначаемая символом RO₂, тогда

V_г= V_RO₂+ V_N₂+ V_O₂+ V_H₂_O= V_{с. г}+ V_H₂_O. (1.11)

где V_{с. г} — объем сухих дымовых газов:

V_{с. г}= V_RO₂+ V_N₂+ V_O₂. (1.12)

В табл. 1.8 приведены расчетные формулы для определения объемов воздуха и продуктов полного сгорания для твердых, жидких и газообразных видов топлива. В этих формулах С^р, Н^р, …; СО, Н₂, СН₄, … — содержание соответствующих элементов и компонентов в рабочем топливе, %; a_т— коэффициент избытка воздуха; d_в– влагосодержание сухого воздуха, г/м³ (обычно принимается 10 г/м³).

В случае отсутствия элементарного состава сжигаемого топлива при известном значении Q_н^р и W^р можно пользоваться эмпирическими формулами
табл. 1.9.

Основой тепловых расчетов топливоиспользующих устройств является энтальпия продуктов сгорания, которую принято рассчитывать на единицу количества топлива, из которого получились эти продукты.

Таблица 1.8. Расчетные формулы для определения объемов воздуха и продуктов полного сгорания при нормальных условиях

Определяемые величины	Для твердого и жидкого топлива, м³/кг	Для газообразного топлива, м³/м³
Теоретически необходимое количество воздуха	V₀=[0,0889(С^р+ 0,375S^р)+ 0,2665H^P – 0,033О^р]*(1 + 0,00124d_в)	V₀= 0,0476[0,5СО+ 0,5Н₂+1,5H₂S + 2CH₄+ ∑(m + n/4)C_mH_n– O₂](1 + 0,00124d_в)
Действительное количество воздуха	V_д= a_тV₀
Количество продуктов полного сгорания	V_CO2= 0,0187 + C^p; V_H2O= 0,112H^p+ 0,00124W^P+ 0,0124V_дd_в; V_SO₂= 0,07 S^p ; V_O₂= 0,21(a_т– 1)V₀; V_N₂= 0,008N^p + 0,79V_д	V_CO₂=(СО + CО₂+ СН₄+ ∑mC_mH_n)0,01; V_H₂_O=(H₂+ H₂S + 2CH₄+ C_mH_n+ 0,124V_дd_в)0,01; V_SO₂= 0,01 H₂S; V_O₂= 0,21 (a_т+ l) V_O; V_N₂=(N₂+ 79V_д)0,01
Состав продуктов сгорания, %	V_г= V_CO₂+ V_H₂_O+ V_SO₂+ V_O₂+ V_N₂ СО₂=(V_C_O₂/ V_г)100 и т.д.

Таблица 1.9. Эмпирические формулы для определения V₀и V_г, м³/кг или м³/м³ при нормальных условиях

Топливо

Теоретически необходимое количество воздуха

Действительное количество продуктов сгорания

Дрова

Уголь

Жидкое топливо

Газообразное топливо с Q_н^р< 12 МДж/м³

То же с Q_н^р> 12 МДж/м³

Коксодоменная печь

V₀= 4,66 (1 – W^p/1000)

V₀ = 0,24 Q_н^р+ 0,5

V₀= 0,2 Q_н^р+ 2

V₀= 0,21 Q_н^р

V₀ = 0,26 Q_н^р– 0,25

V₀ = 0,24 Q_н^р– 0,2

V_г= 5,3 – 4,055W^p/1000 +(a – 1)V₀

V_г= 0,21Q_н^р+ 1,65 +(a – 1)V₀

V_г= 0,265 Q_н^р+(-1)V₀

V_г= 0,17 Q_н^р+ 1 +(a – 1)V₀

V_г= 0,27 Q_н^р+ 0,25 +(- 1)V₀

V_г= 0,225 ×+ 0,765 + (a – 1)V₀

Примечание: Q_н^р – в МДж/кг или МДж/м³ при нормальных условиях (1 ккал = 4,187 кДж).

Энтальпия продуктов сгорания вычисляется как произведение их объема при нормальных условиях на объемную теплоемкость при постоянном давлении и на температуру, кДж/кг или кДж/м³:

I_г = V_гс_гt, (1.13)

где t – температура, ^оС; V^{г –}полный объем продуктов сгорания, м³/кг или м³/м³, на единицу топлива; сг – средняя в диапазоне температур 0 – t оС теплоемкость продуктов сгорания, кДж/(кг× оС) или кДж/(м³× оС).

Расчет энтальпии продуктов сгорания, кДж/кг или кДж/м³, производится по формуле

I_г= V_CO₂(cϑ)_CO₂+ V_SO₂(cϑ)_SO₂+V_H₂_O(cϑ)_H₂_O+V_N₂(cϑ)_N₂+V_O₂, (1.14)

где V_CO₂, V_SO₂, V_H₂_O, V_N₂, V_O₂— объемы продуктов полного сгорания, определяемые по табл. 1.8; (cϑ)_CO₂, (cϑ)_SO₂, (cϑ)_H₂_O,(cϑ) — энтальпии газов, определяемые по температуре (табл. 1.10).

Таблица 1.10. Энтальпия газов и воздуха при различных температурах и постоянном давлении 101 кН/м² (760 мм рт. ст.), кДж/м³

Температура,°С	(cϑ)_CO₂	(cϑ)_H₂_O	Сухой воздух	(cϑ)_N₂	(cϑ)_O₂	(cϑ)_H₂	(cϑ)_CO	(cϑ)_SO₂
0	0	0	0	0	0	0	0	0
100	171	150	130	130	132,3	129,2	130,2	182
200	360,6	302,4	261,9	261,6	267,2	259,6	261,5	379,4
300	563,9	418,7	395,7	394,6	409,4	390,6	395,7	589,5
400	777,1	623,4	533	530,1	551,4	521,7	532,2	810,2
500	1001,1	600,2	672,4	667,8	699,6	654	671	1037,9
600	1236,4	964,3	814,7	389,4	850,8	785,9	802,2	1272,4
700	1475,1	1143	959	950,9	1004,5	919,5	960,7	1510,7
800	1718,8	1328,9	1106,9	1098,7	1160,5	1086,9	1110,3	1751,8
900	1967,5	1526,8	1259,4	1247,7	1320,2	1245,3	1261,1	1997,6
1000	2219,5	1721	1412,3	1399,3	1479,7	1330,2	1414,4	2243,8

Энтальпию I_гопределяют для нескольких значений ϑ и a. На основании этих подсчетов строят кривые зависимости I_гот ϑ для нескольких a, по которым можно определить объемную энтальпию дымовых газов при заданных температуре и коэффициенте избытка воздуха.

Источник

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 6 августа 2016 года; проверки требуют 24 правки.

Теплота́ сгора́ния — количество выделившейся теплоты при полном сгорании массовой (для твердых и жидких веществ) или объёмной (для газообразных) единицы вещества. Измеряется в джоулях или калориях. Теплота сгорания, отнесённая к единице массы или объёма топлива, называется удельной теплотой сгорания. В системе СИ: Дж/кг. Также довольно часто используются внесистемные единицы измерения: кДж/кг, МДж/кг и ккал/кг.

Для её измерения пользуются методами калориметрии. Теплота сгорания определяется химическим составом горючего вещества. Содержащиеся в горючем веществе химические элементы обозначаются принятыми символами С, Н, О, N, S, а зола и вода — символами А и W соответственно.

Виды теплоты сгорания[править | править код]

Теплота сгорания может быть отнесена к рабочей массе горючего вещества $Q^{P}$ , то есть к горючему веществу в том виде, в каком оно поступает к потребителю; к сухой массе вещества $Q^{C}$ ; к горючей массе вещества $Q^{Gamma }$ , то есть к горючему веществу, не содержащему влаги и золы.

Различают высшую ( $Q_{B}$ ) и низшую ( $Q_{H}$ ) теплоту сгорания.

Под высшей теплотой сгорания понимают то количество теплоты, которое выделяется при полном сгорании вещества, включая теплоту конденсации водяных паров при охлаждении продуктов сгорания.

где k — коэффициент, равный 25 кДж/кг (6 ккал/кг); W — количество воды в горючем веществе, % (по массе); Н — количество водорода в горючем веществе, % (по массе).

Расчёт теплоты сгорания[править | править код]

Таким образом, высшая теплота сгорания — это количество теплоты, выделившейся при полном сгорании единицы массы или объема (для газа) горючего вещества и охлаждении продуктов сгорания до температуры точки росы. В теплотехнических расчетах высшая теплота сгорания принимается как 100 %. Скрытая теплота сгорания газа — это теплота, которая выделяется при конденсации водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания. Теоретически она может достигать 11 %.

На практике не удается охладить продукты сгорания до полной конденсации, и потому введено понятие низшей теплоты сгорания (QHp), которую получают, вычитая из высшей теплоты сгорания теплоту парообразования водяных паров как содержащихся в веществе, так и образовавшихся при его сжигании. На парообразование 1 кг водяных паров расходуется 2514 кДж/кг (600 ккал/кг). Низшая теплота сгорания для жидкого и твердого вещества определяется по формулам (кДж/кг или ккал/кг):

$Q_{H}^{P}=Q_{B}^{P}-2514cdot ((9H^{P}+W^{P})/100)$

или

$Q_{H}^{P}=Q_{B}^{P}-600cdot ((9H^{P}+W^{P})/100)$ , где:
2514 — теплота парообразования при температуре 0 °C и атмосферном давлении, кДж/кг;
$H^{P}$ и $W^{P}$ — содержание водорода и водяных паров в рабочем топливе, %;
9 — коэффициент, показывающий, что при сгорании 1 кг водорода в соединении с кислородом образуется 9 кг воды.

Теплота сгорания является наиболее важной характеристикой топлива, так как определяет количество тепла, получаемого при сжигании 1 кг твердого или жидкого топлива или 1 м³ газообразного топлива в кДж/кг (ккал/кг). 1 ккал = 4,1868 или 4,19 кДж.

Низшая теплота сгорания определяется экспериментально для каждого вещества и является справочной величиной. Также её можно определить для твердых и жидких материалов, при известном элементарном составе, расчётным способом в соответствии с формулой Д. И. Менделеева, кДж/кг или ккал/кг:

$Q_{H}^{P}=339cdot C^{P}+1256cdot H^{P}-109cdot (O^{P}-S_{L}^{P})-25.14cdot (9cdot H^{P}+W^{P})$

или

$Q_{H}^{P}=81cdot C^{P}+246cdot H^{P}-26cdot (O^{P}+S_{L}^{P})-6cdot W^{P}$ , где:

C_P , $H_{P}$ , $O_{P}$ , $S_{L}^{P}$ , $W_{P}$ — содержание в рабочей массе топлива углерода, водорода, кислорода, летучей серы и влаги в % (по массе).

Для сравнительных расчётов используется так называемое условное топливо, имеющее удельную теплоту сгорания, равную 29308 кДж/кг (7000 ккал/кг).

В России тепловые расчёты (например, расчёт тепловой нагрузки для определения категории помещения по взрывопожарной и пожарной опасности^[1]) обычно ведут по низшей теплоте сгорания; в США, Великобритании, Франции — по высшей. В Великобритании и США до внедрения метрической системы мер удельная теплота сгорания измерялась в британских тепловых единицах (BTU) на фунт (lb) (1Btu/lb = 2,326 кДж/кг).

Вещества и материалы	Низшая теплота сгорания при постоянном давлении $Q_{H}^{P}$ , МДж/кг
Бензин	41,87^[2]
Керосин	42,9—43,12^[3]
Бумага(книги, журналы)	13,4^[4]
Древесина (бруски W = 14%)	13,8^[4]
Каучук натуральный	44,73—44,8^[4]
Линолеум поливинилхлоридный	14,31^[4]
Резина	33,52
Волокно штапельное	13,8
Полиэтилен	47,14^[4]
Полистирол	39^[4]
Хлопок разрыхленный	15,7^[4]

Самые высокие значения теплоты сгорания природных газов из различных источников[править | править код]

Данные получены Международным энергетическим агентством^[5].

Алжир: 42 000 кДж/м³
Бангладеш: 36 000 кДж/м³
Белоруссия: 33 000 кДж/м³
Великобритания: 39 710 кДж/м³
Вьетнам: 45 520 кДж/м³
Канада: 38 200 кДж/м³
Индонезия: 40 600 кДж/м³
Нидерланды: 33 320 кДж/м³
Норвегия: 39 877 кДж/м³
Россия: 38 231 кДж/м³
Саудовская Аравия: 38 000 кДж/м³
США: 38 416 кДж/м³
Узбекистан: 37 889 кДж/м³

Необходимое количество электроэнергии для работы лампочки мощностью 100 Вт в течение 1 года[править | править код]

Количество топлива, необходимого для получения указанной ниже электроэнергии, рассчитано при 100 % эффективности преобразования тепловой энергии в электрическую. Так как большинство электрогенерирующих установок и распределительных систем достигают эффективности (КПД) порядка 30—35 %, фактическое количество топлива, используемого для питания лампочки мощностью 100 Вт, будет приблизительно в три раза больше указанного количества.

228,5 кг древесины (при 20 % влажности)
88,5 кг угля (антрацит малозольный)
72,1 кг керосина
79,2 м³ природного газа (используя усредненную величину 40000 кДж/м³)
63 кг метана
26 кг водорода
0,04 г урана (здесь имеется в виду энергия, выделяющаяся при цепной ядерной реакции)
1,75*10⁻⁵ г антивещества (здесь имеется в виду энергия, выделяющаяся при аннигиляции).

Примечания[править | править код]

↑ НПБ 105-03
↑ Теплота сгорания Автоматические системы пожаротушения, установки пожаротушения, проект сигнализации, обслуживание сигнализации, оросители: спринклеры и дренчеры, монтаж пожарной сигнализации, пожарная экспертиза, огнезащитная краска, покрытия и составы, обработка огнезащитная, огнезащита конструкций, металлоконструкций, системы пожарной безопасности, пожарные категории, план эвакуации, охранно пожарная сигнализация, противопожарные ворота, двери металлические, системы пожарной сигнализации, автоматическое пожаротушение, противопожарная защита, монтаж ОПС. stopfire.ru. Дата обращения: 19 октября 2017. Архивировано 20 октября 2017 года.
↑ ГОСТ 10227-86. Топлива для реактивных двигателей. Топлива для реактивных двигателей. www.nge.ru. Дата обращения: 19 октября 2017. Архивировано 20 октября 2017 года.
↑ ¹ ² ³ ⁴ ⁵ ⁶ ⁷ ООО “Аудит пожарной безопасности”. pozharaudit.ru. Дата обращения: 19 октября 2017. Архивировано из оригинала 31 октября 2017 года.
↑ Key World Energy Statistics (2005), page 59. Дата обращения: 14 ноября 2010. Архивировано из оригинала 5 декабря 2010 года.

Литература[править | править код]

Физический энциклопедический словарь
Большая Советская энциклопедия
Пособие по применению НПБ 105-95 «Определение категорий помещений и зданий по взрывопожарной и пожарной опасности»

См. также[править | править код]

Внутренняя энергия
Горение
Пожар
Экзотермическая реакция
Удельная теплота сгорания

Источник

Здравствуйте, друзья! Рассчитаем низшую теплоту сгорания топлива для конкретного вида топлива. В качестве исходного топлива примем: Богородицкий Б2 – марки Б, второй группы Богородицкого месторождения. Состав (%): Сг=65,1; Hг=5,2; Oг=22,3; Nг=1,0; Sлг=6,4; зольность на сухое вещество Ас=37,0; влажность Wр=35,0. Б – означает бурый уголь, а 2 – содержание влаги от 30 до 40 %, для данного топлива содержание влаги Wр = 35%. Влага присутствует в рабочем составе топлива. Исключая из рабочего состава влагу, получаем характеристики сухого состава, Ас = 37%. Исключая из сухого состава золу, получаем состав топлива по горючей массе, что позволяет более точно выявить структуру топлива того или иного месторождения, исключив воздействие внешних условий,а именно: метеорологических факторов и способов добычи.

В данном топливе, горючей массе содержание горючих элементов, которые определяют теплоту сгорания, составляет 76,7%, содержание внутреннего балласта – азота и кислорода – 23,3%, поэтому следует ожидать низкое значение теплоты сгорания топлива, тем более, что велико содержание внешнего балласта – золы и влаги. Как и все бурые угли, данное топливо характеризуется высоким выходом летучих (Vг > 40%), неспекшимся коксовым остатком.

Далее определяем состав рабочей массы топлива. Рабочая масса топлива характеризуется следующим равенством:

(1)

где Ср, Hр, Sр – горючие элементы топлива: углерод, водород, летучая горючая сера (органическая и колчеданная),

Oр, Nр – внутренний балласт топлива: кислород, азот,

Aр,Wр –внешний балласт топлива, зола, влага.

Сухой состав топлива характеризуется равенством:

Сс + Hс + Oс + Nс + Sс + Ас = 100% (2)

Получим формулу пересчета зольности сухого вещества на рабочее топливо.

Ср + Hр + Oр + Nр + Sр + Ар = 100% — Wр (1.1.)

Сс + Hс + Oс + Nс + Sс + Ас = 100%

Сравнивая формулы (1.1) и (2) получаем

Ар*100 = Ас (100 – Wр), откуда

Ар = Ас*(100 – Wр)/100 = 37*(100-35)/100 = 24,05%.

Подсчитываем внешний балласт топлива:

Б = Ар + Wр = 24,05 + 35 = 59,05 %

Пользуясь формулой пересчета горючей массы топлива на рабочую массу получаем:

Ср = Сг*(100 – (Ар + Wр))/100 = 65,1*(100 – (24,05 + 35))/100 = 65,1*0,4098 = 26,658 %.

Замечаем, что коэффициент пересчета равен 0,4095.

Hр = 5,2*0,4095 = 2,129 %

Oр = 22,3*0,4095 = 9,132 %

Nр = 1,0*0,4095 = 0,410 %

Sр = 6,4*0,4095 = 2,621 %

Используя формулу (1) проверяем материальный баланс.

26,658 + 2,129 + 9,132 + 0,420 + 2,621 + 24,05 + 35 = 100 %.

100 % = 100 %, следовательно, расчеты выполнены правильно.

Далее рассчитываем низшую теплоту сгорания. Количество тепла, получаемое при сжигании 1 кг твердого или жидкого топлива или 1нм3 газообразного топлива, называется теплотой сгорания топлива. Как известно, к горючим элементам относятся: углерод С, водород H, летучая горючая сера Sл. Значение теплоты сгорания по высшему пределу для жидкого и твердого топлива получают в калориметрической бомбе, где выделяется дополнительное количество тепла за счет охлаждения и конденсации водяных паров, образовавшихся в процессе горения.

В практических условиях пользуются теплотой сгорания по низшему пределу, так называемой низшей теплотой сгорания топлива, так как водяные пары не конденсируются и выбрасываются вместе с другими компонентами в атмосферу. Для расчета низшей теплоты сгорания твердого и жидкого топлива Qн.р, МДж/кг, пользуются формулой Менделева:

Qн.р = 0,339*Cр + 1,03*Hр – 0,109*(Oр – Sр ор+к) – 0,0251*Wр.

Qн.р = 0,339*26,658 + 1,03*2,129 – 0,109*(9,132-2,621) – 0,0251*35 = 9,642 МДж/кг

Qн.р = 9,642 МДж/кг = 9642 КДж/кг делим на 4,187 = 2303 ккал/кг.

Таким образом, низшая теплота сгорания будет равна 2303 ккал/кг.

Источник

Теплотехника
- Решение задач на тему: Состав топлива
  - Задача №1
- Решение задач на тему: Характеристики топлива
  - Задача №2
  - Задача №3
- Решение задач на тему: Объем воздуха. Объем и масса продуктов сгорания
  - Задача №4
  - Задача №5
Примеры решения задач по всем темам теплотехники
- Задача №1
- Задача №2
- Задача №3
- Задача №4
- Задача №5
- Задача №6
- Задача №7
- Задача №8
- Задача №9

Теплотехника

Теплотехника — это наука о преобразовании энергии в различных процессах, происходящих с макроскопическими телами, и о наиболее общих физических свойствах макроскопических систем.

Если что-то непонятно — вы всегда можете написать мне в WhatsApp и я вам помогу!

Макроскопические тела (системы) — это тела (системы), состоящие из очень большого количества микрочастиц (атомов или молекул). Однако поведение большого количества микрочастиц отличается от поведения каждой отдельной частицы.

Энергия является общим мерилом различных форм движения материи. В то же время, различные формы движения, присущие материальному телу (или системе тел), характеризуются различными видами энергии — механической, тепловой, электрической, химической, магнитной и т. д. — которые являются частью материального тела. При взаимодействии тел происходит как исчезновение той или иной формы энергии (формы движения), так и появление новых форм движения (форм энергии). Опыт показывает, что соотношение числа взаимно преобразованных типов энергии (форм движения, каждая из которых выражается в своих единицах) всегда остается неизменным. Именно этот факт привел к появлению понятия энергии как общей количественной меры движения материи.

Решение задач на тему: Состав топлива

Твердые и жидкие топлива состоят из горючих (углерода — С, водорода — Н, летучей серы — и негорючих (азота — N и кислорода — О) элементов и балласта (золы А , влаги — W).

Газообразные топлива состоят из горючих и негорючих газов и небольшого количества водяного пара .

Возможно эта страница вам будет полезна:

При изучении характеристик твердых и жидких топлив и их состава различают рабочую, горючую и сухую массу. Состав рабочей, горючей и сухой массы обозначается соответственно индексами «р», «г» и «с» и выражается следующими равенствами:

В формулах (1.1), (1.2), (1.3) содержание элементов дано в процентах на 1 кг топлива. Коэффициенты пересчета состава топлива из одной массы в другую приведены в табл. 1.1.

Для сланцев состава пересчет с рабочей массы на горючую осуществляется с помощью коэффициента

где — истинная зольность рабочей массы, % — влажность рабочей массы, %; — содержание углекислоты карбонатов, %.

Истинная зольность рабочей массы определяется по формуле

где — содержание серы в лабораторной золе в процентах к массе топлива; — содержание сульфатной серы в топливе, %.

Величина 12,5 ( — ) для ленинградских и эстонских сланцев может быть принята равной 2,0, для кашпирских — 4,1

Пересчет состава (%) рабочей массы топлива при изменении влажности производится по формулам

где — начальная влажность топлива, %, — конечная влажность топлива, %

Средний состав (%) смеси двух твердых или жидких топлив, заданных массовыми долями, — первого и второго , — определяется по уравнениям:

где массовая доля одного из топлив в смеси находится по формуле

Здесь и — массы топлив, входящих в смесь, кг.

Задача №1

Определить состав рабочей массы челябинского угля марки БЗ, если состав его горючей массы: 71,1 %; = 5,3 %; ; 1,7 %; 20,0 %; зольность сухой массы = 36 % и влажность рабочая = 18,0 %.

Решение: Пользуясь коэффициентами пересчета из табл. 1.1, определяем зольность рабочей массы топлива

и находим состав рабочей массы топлива:

Для проверки точности вычислений найдем сумму составляющих элементов рабочей массы топлива:

Решение задач на тему: Характеристики топлива

Теплота сгорания топлива. Теплотой сгорания топлива называют количество теплоты в кДж, выделяемой при полном сгорании 1 кг твердого (жидкого) или 1 газообразного топлива.

Для твердого и жидкого топлива различают теплоту его рания высшую (кДж/кг) и низшую (кДж/кг).

Величины высшей и низшей теплоты сгорания рабочей, горючей и сухой массы твердого (жидкого) топлива связаны выражениями:

Тепловые расчеты котлов выполняют, пользуясь низшей теплотой сгорания рабочей массы топлива:

низшая теплота сгорания (кДж/кг) рабочей массы твердого и жидкого топлива

где — содержание элементов в рабочей массе топлива, %; низшая теплота сгорания () газообразного топлива

где и т. д. — объемное содержание газов, входящих в состав газообразного топлива, %.

При пересчете низшей теплоты сгорания пользуются следующими формулами: с горючей массы на рабочую и обратно

с сухой массы на рабочую и обратно

для горючих сланцев — с горючей массы на рабочую и обратно

при изменении влажности

Для смеси двух твердых, жидких или газообразных топлив низшая теплота сгорания определяется по формуле

где , — массовая доля одного из топлив в смеси; — низшая теплота сгорания одного вида топлива в смеси, кДж/кг ; — низшая теплота сгорания второго вида топлива, кДж/кг .

Для сравнения тепловой ценности различных видов топлива пользуются понятием условного топлива.

Условным топливом называют такое топливо, теплота сгорания которого равна 29 300 кДж/кг.

Пересчет расхода натурального топлива на условное осуществляется по формуле

где и — соответственно расход условного и натурального топлива, кг, кг/с; Э — тепловой эквивалент топлива, определяемый по формуле

Зольность, влажность и сернистость топлива. При рассмотрении условий работы котлов на различных видах топлива пользуются приведенными величинами зольности , влажности и сернистости топлива:приведенная зольность топлива,

приведенная влажность топлива, (1.25)

приведенная сернистость топлива,

Задача №2

Определить низшую и высшую теплоту сгорания рабочей массы кузнецкого угля марки Д, если состав его горючей массы: . Зольность сухой массы и влажность рабочая

Решение: Пользуясь коэффициентами пересчета из табл. 1.1, определяем зольность рабочей массы топлива

и состав рабочей массы:

Низшую теплоту сгорания рабочей массы топлива определяем по формуле (1 12):

Высшую теплоту сгорания — по формуле (1.9):

Задача №3

Определить низшую и высшую теплоту сгорания горючей массы высокосернистого мазута, если известны следующие величины: = 38 772 кДж/кг; 10,4 %; 0.1 %; = 3,0 %.

Решение: Содержание водорода в горючей массе определяем, пользуясь коэффициентом пересчета из табл.1.1:

Низшую теплоту сгорания горючей массы топлива находим по формуле (1.15):

Высшую теплоту сгорания — по формуле (1.10):

Решение задач на тему: Объем воздуха. Объем и масса продуктов сгорания

Объем воздуха, объем и масса продуктов сгорания определяются на 1 кг твердого, жидкого или на 1 сухого газообразного топлива при нормальных условиях.

Объем воздуха, необходимый для сгорания топлива. Теоретический (при коэффициенте избытка воздуха в топке = 1) объем сухого воздуха , необходимый для полного сгорания 1 кг твердого или жидкого топлива, определяется по формуле

Теоретический объем воздуха , необходимый для полного сгорания 1 сухого газообразного топлива, определяется по формуле

В формуле (1.27) содержание элементов топлива выражается в процентах на 1 кг массы топлива, а в (1.28) содержание горючих газов и т. д. — в процентах по объему.

Для сгорания смеси двух твердых, жидких или газообразных топлив теоретический объем сухого воздуха определяется по формуле

где — массовая доля одного из топлив в смеси.

Действительный объем воздуха (, поступивший в топку, определяется по формуле

где — коэффициент избытка воздуха в топке.

Состав и объем продуктов сгорания топлива. При полном сгорании топлива продукты сгорания содержат газы: и пары воды т. е.

Полный объем продуктов сгорания представляет собой сумму объемов сухих газов и водяных паров

при этом

где —объем трехатомных газов, ; — объем двухатомных газов, .

Для твердых (кроме сланцев) и жидких топлив теоретические объемы продуктов полного сгорания при = 1 определяются по формулам:

объем двухатомных газов

объем трехатомных газов

объем сухих газов

объем водяных паров

полный объем продуктов сгорания

Для сланцев объем трехатомных газов определяется по формуле

где К — коэффициент разложения карбонатов: при слоевом сжигании К = 0,7, при камерном — 1,0.

Для газообразного топлива теоретические объемы продуктов сгорания при = 1 определяются по формулам:

объем двухатомных газов

объем трехатомных газов

объем сухих газов

объем водяных паров

где — влагосодержание газообразного топлива, отнесенное к 1 сухого газа,

полный объем продуктов сгорания

Для твердых (кроме сланцев), жидких и газообразных топлив объемы продуктов полного сгорания () при > 1 определяются по формулам:

объем сухих газов

объем водяных паров

полный объем продуктов сгорания определяется по (1.31).

Для сланцев полный объем продуктов сгорания при () > 1:

Содержание (%) и в сухих газах при полном сгорании топлива определяется по формулам:

Максимальное содержание (%) трехатомных газов в сухих газах при полном сгорании топлива

где — характеристика топлива;

для твердого и жидкого

для газообразного

Содержание (%) азота и кислорода в сухих газах при полном сгорании топлива

Масса продуктов сгорания:

для твердого (кроме сланцев) и жидкого топлива (кг/кг)

для газообразного топлива

где — плотность сухого газа, ; — содержание влаги в топливе, ;

для сланцев (кг/кг)

где — расчетное содержание золы в топливе с учетом неразложившихся карбонатов. %; К — коэффициент разложения карбонатов: при слоевом сжигании К = 0,7, при камерном — 1,0.

Расчетное содержание (%) золы в топливе с учетом неразложившихся карбонатов

Для твердых топлив концентрация золы в продуктах сгорания определяется по формуле

где — доля золы топлива, уносимой продуктами сгорания.

Коэффициент избытка воздуха в топке. При полном сгорании топлива коэффициент избытка воздуха в топке определяется по формуле

где и — содержание кислорода и азота в газах,%.

Возможно эта страница вам будет полезна:

Задача №4

Определить объем продуктов полного сгорания на выходе из топки, а также теоретический и действительный объемы воздуха, необходимые для сгорания 1 природного газа Ставропольского месторождения состава: Коэффициент избытка воздуха в топке = 1,2.

Решение: Теоретический объем воздуха, необходимый для полного сгорания 1 топлива, определяем по формуле (1.28):

Действительный объем воздуха — по формуле (1.30):

Объем сухих газов при = 1,2 определяем по формуле (1.43):

Объем водяных паров при = 1,2 находим по формуле (1.44):

Объем продуктов полного сгорания — по формуле (1.31):

Задача №5

Определить на выходе из топки объем продуктов полного сгорания 1 кг карагандинского угля марки К состава: Коэффициент избытка воздуха в топке =1,3. Кстати готовые на продажу задачи тут, и там же теория из учебников может быть вам поможет она.

Решение: Теоретический объем воздуха, необходимый для полного сгорания 1 кг топлива, определяем по формуле (1.27):

Объем сухих газов при = 1,3 находим по формуле (1.43):

Объем водяных паров при = 1,3 определяем по формуле (1.44):

Объем продуктов полного сгорания находим по формуле (1.31):

Примеры решения задач по всем темам теплотехники

Теплотехника — это наука, изучающая преобразование различных видов энергии друг в друга.

В настоящее время теплотехника разделена на три части:

Общая термодинамика (физическая) — изучает преобразование энергии в твердые, жидкие и газообразные тела, излучение различных тел, магнитные и электрические явления, а также устанавливает математическую связь между термодинамическими значениями.
Химическая термодинамика — исследования, основанные на законах общей термодинамики, химических, тепловых, физических и химических процессов, равновесия и влияния внешних факторов на равновесие.
Техническая термодинамика — изучение закономерностей преобразования тепла в работу.

Энтальпия продуктов сгорания () I кг твердого, жидкого или 1 газообразного топлива определяется как сумма энтальпий продуктов сгорания при = 1, избыточного воздуха и золы (если т. е.

Энтальпия продуктов сгорания () при = I и температуре газов , °С определяется по формуле

где ,, — теоретические объемы продуктов сгорания топлива, ; — энтальпия углекислоты, азота и водяных паров соответственно, .

Энтальпия воздуха () при = 1 и температуре , °С определяется но формуле

где теоретический объем воздуха, ; в энтальпия воздуха, . Энтальпия золы (кДж/кг).

где доля золы топлива, уносимой продуктами сгорания; энтальпия золы, кДж/кг.

Значения энтальпий продуктов полного сгорания топлива, воздуха и золы приведены в табл. 1 (см. Приложение}.

—диаграмма для продуктов сгорания. -диаграмму строят следующим образом: задают несколько значений температуры горения топлива и вычисляют для них энтальпии продуктов сгорания. Затем, выбрав масштабы температур и энтальпий в прямоугольной системе координат.

Задача №1

Определить энтальпию продуктов сгорания на выходе из топки, получаемых при полном сгорании 1 кг карагандинского угля марки К состава:

если известно, что температура газов на выходе из топки равна = 1000 , доля золы топлива, уносимой продуктами сгорания, = 0,85 и приведенная величина уноса золы сжигаемого топлива . Коэффициент избытка воздуха в топке = 1,3.

Решение: Теоретически необходимый объем воздуха определяем но формуле (1.27):

Объем трехатомных газов находим по формуле (1.33):

Теоретический объем азота определяем по формуле (1.32):

Теоретический объем водяных паров находим по формуле (1.35):

Энтальпию продуктов сгорания при = 1 и температуре газов =1000 °C определяем по формуле (1.61):

Значения и , при температуре газов взяты из табл. 1 (см. Приложение).

Энтальпию золы 1 кг угля при определяем по формуле (1.63):

Значение при температуре газов взято из табл. 1 (см. Приложение).

Энтальпию воздуха при =1 и температуре газов находим по формуле (1.62):

Значение при температуре газов взято из табл. 1 (см. Приложение).

Энтальпию продуктов полного сгорания 1 кг угля при определяем по формуле (1.60):

Задача №2

В топке котла сжигается 1 кг карагандинского угля марки К состава: . Построить диаграмму для продуктов сгорания в интервале температур горения топлива 600 … … 2000 °С. Коэффициент избытка воздуха в топке = 1,3.

Решение: Теоретически необходимый объем воздуха определяем по формуле (1.27):

Объем трехатомных газов находим по формуле (1.33):

Теоретический объем азота определяем по формуле (1.32):

Теоретический объем водяных паров находим по формуле (1.35):

Энтальпию продуктов сгорания 1 кг угля при = 600° С определяем по формуле (1.60):

Значения и при темпеатуре = 600 °С взяты из табл. 1 (см. Приложение) При = 1000 °С

Значения при температуре = 1000 °С взяты из табл. 1 (см. Приложение). При = 2000 °С

По найденным значениям энтальпий продуктов сгорании троим диаграмму (рис. 1.2).

Полезное тепловыделение в топке () при сгорании 1 кг твердого, жидкого или 1 газообразного топлива

где — располагаемая теплота топлива, кДж/кг; — теплота, вносимая в топку с поступающим холодным или горячим воздухом, кДж/кг; — теплота рециркулирующих газов, кДж/кг; теп-лота, вносимая в топку воздухом, подогретым вне котлоагрегата, кДж/кг; — потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива, % ; — потерн теплоты от механической неполноты сгорания топлива, %; — потерн теплоты с физической теплотой шлака, %.

Теплота, вносимая в топку с поступающим холодным или горячим воздухом:

где — коэффициент избытка воздуха в топке; — присос воздуха в топке; — присос воздуха в пылеприготовительной установке; — теоретически необходимый объем воздуха, ;и — энтальпии горячего и холодного воздуха, кДж/кг.

Теплота рециркулнрующнх газов

где — объем рециркулирующих газов, ; — средняя объемная теплоемкость рециркулирующих газов, ; — температура рециркулирующих газов в месте отбора, °С.

Теплота, вносимая в топку воздухом, подогретым вне котлоагрегата, находится по формуле (2.7).

Коэффициент сохранения теплоты

где — потери теплоты в окружающую среду, %.

Теоретическая температура горения топлива в топке представляет собой температуру, до которой нагрелись бы продукты сгорания, если бы на их нагрев пошла вся теплота введенная в топку, за вычетом потерь теплоты химической неполноты сгорания топлива и физической теплоты шлака.

Зная полезное тепловыделение в топке, теоретическую температуру горения (°С) определяют по формуле

где — теоретические объемы продуктов сгорания топлива, ; — средние объемные теплоемкости углекислоты, азота, водяных паров и воздуха,

В формуле (2.35) неизвестны значения . Поэтому определяют с помощью -диаграммы для продуктов сгорания (см. рис. 1.1): находят температуру при которой энтальпия продуктов сгорания будет равна полезному тепловыделению .

Температура газов (°С) на выходе из топки

где — абсолютная теоретическая температура горения топлива в топке, К; М — расчетный коэффициент, зависящий от относительного местоположения максимума температуры в топке; при слоевом сжигании твердых топлив М = 0,3 … 0,5, при факельном сжигании жидких и газообразных топлив М — 0,05; — условный коэффициент загрязнения лучевоспринимающнх поверхностей (для гладкотруб-ных экранов он принимается: 0,6 — при сжигании твердых топлив; 0,55 — при сжигании мазута; 0,65 — при сжигании газообразных топлив); — 0,2 … 0,9 — степень черноты топки, — лучевосприни-мающая поверхность нагрева, — коэффициент сохранения теплоты;— расчетный расход топлива, кг/с; — средняя сум-марная теплоемкость продуктов сгорания 1 кг (1 ) топлива в интервале температур — ,

Лучевоспринимающая поверхность нагрева топки

Возможно эта страница вам будет полезна:

Задача №3

Определить теоретическую температуру горения топлива в топке котельного агрегата, работающего: на донецком угле марки Д состава: если известны температура воздуха в котельной температура горячечю воздуха коэффициент избытка воздуха в топке =143, присос воздуха в топочной камере 0,05 потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива — 0,5 %, потери теплоты от механического сгорания топлива — 3 % и потери теплоты с фнзической. теплотой шлака = 0,5 %.

Решение: Низшую теплоту сгорания рабочей массы топлива определяем но формуле (112):

Теоретически необходимый объем воздуха находим по (1.27):

Теплоту, вносимую в топку воздухом, подогретым вне котлоагрегата, определяем по формуле (2.7):

Располагаемую теплоту находим по формуле (2.3):

Теплоту, вносимую в топку с воздухом, определяем по (2.32):

Значения энтальпий и . находим по табл. 1 (см. Приложение).

Полезное тепловыделение в топке находим по формуле (2.31):

Зная полезное тепловыделение в топке, определяем теоретическую температуру горения с помощью —диаграммы. Для этого задаем два значения температуры газов (1400 и 2000 °С) и вычисляем для них энтальпии продуктов сгорания.

Объем трехатомных газов определяем по формуле (1.33):

Теоретический объем азота находим по формуле (1.32):

Теоретический объем водяных паров определяем по формуле (1.35):

Энтальпию продуктов сгорания при = 1 и = 1400 °С находим по формуле (1.61):

Значения энтальпий и находим по табл. 1 (см. Приложение).

Энтальпию воздуха при и определяем по (1.62): . Энтальпию находим по табл. 1 (см. Приложение) Энтальпию продуктов сгорания находим по формуле (1.60):

при

По найденным значениям энтальпий продуктов сгорания строим -диаграмму (рис. 2.1).

С помощью диаграммы по полезному тепловыделению в топке кДж/кг находим теоретическую температуру горения = 1820 °С.

Задача №4

Определить, на сколько изменится теоретическая температура горения в топке котельного агрегата за счет подачи к горелкам предварительно подогретого воздуха, если известны температура воздуха в котельной = 30 °С, температура горячего воздуха коэффициент избытка воздуха в топке присос воздуха в топочной камере и потерн теплоты от химической неполноты сгорания топлива Котельный агрегат работает на природном газе Ставропольского месторождения состава:= 0,2 %; = 98,2 %; = 0,4 % — 0,1 %; = 0,1 %; = 1,0 %.

Решение: Низшую теплоту сгорания рабочей массы определяем по формуле (1.13):

Теоретически необходимый объем воздуха находим по (1.28):

Теплоту, вносимую в топку воздухом, подогретым вне котлоагрегата, определяем по формуле (2.7):

Располагаемую теплоту находим по формуле (2.3):

Теплоту, вносимую в топку с воздухом, — по формуле (2.32):

Значения энтальпий и находим по табл. 1 .

Полезное тепловыделение в топке при подаче к горелкам подогретого воздуха находим по формуле (2.31):

Полезное тепловыделение в топке при подаче к горелкам воздуха без предварительного подогрева определяем, пользуясь формулой (2.31):

Зная полезные тепловыделения в топке, находим теоретические температуры горения с помощью-диаграммы.

Для этого задаем два значения температуры газов (1400 и 2000 °С) и вычисляем для них энтальпии продуктов сгорания.

Объем трехатомных газов находим по формуле (1.39):

Теоретический объем азота определяем по формуле (1.38):

Теоретический объем водяных паров находим по формуле (1.41):

Энтальпию продуктов сгорания при aT — 1 и 0Г —= 1400 °С определяем по формуле (1.61):

Энтальпию воздуха при и = 1400 °С находим по (1.62):

Энтальпию продуктов сгорания находим по формуле (1.60):

при = 1400 °С.

при = 2000 °С

По найденным значениям энтальпий продуктов сгорания строим -диаграмму (рис. 2.2).

С помощью диаграммы полезным тепловыделениям в топке = 38 746 и =35 721 находим теоретические температуры горения: = 1950 °С;

Теоретическая температура горения в топке котлоагрегата за счет подачи к горелкам подогретого воздуха изменится на

Задача №5

Расчет конвективных поверхностей нагрева котельного агрегата

Пароперегреватели. Количество теплоты (кДж/кг), воспринятой паром в пароперегревателе, определяется по формуле

где — коэффициент сохранения теплоты и -энтальпии продуктов сгорания на входе в пароперегреватель и выходе из него, кДж/кг; — присос воздуха в газоходе пароперегревателя; — теоретически необходимый объем воздуха, ; — энтальпия холодного воздуха, кДж/кг; — расход пара через пароперегреватель, кг/с; — расчетный расход топлива, кг/с; и — энтальпии перегретого пара на выходе из пароперегревателя и насыщенного пара на входе в пароперегреватель, кДж/кг.

Конвективная поверхность нагрева пароперегревателя.

где — коэффициент теплопередачи для пароперегревателя, ; — температурный напор в пароперегревателе, °С.

Температурный напор как для прямотока, так и для противотока определяется как среднелогарифмическая разность температур:

где — разность температур между продуктами сгорания и паром па том конце поверхности нагрева, где она наибольшая. ; — разность температур между продуктами сгорания и паром на том конце поверхности нагрева, где она наименьшая, °С.

Если , температурный напор определяется по формуле

Экономайзеры. Количество теплоты (кДж/кг), воспринятой водой в экономайзере, определяется по формуле

где и — энтальпии продуктов сгорания на входе в экономайзер и выходе из него, кДж/кг; , — присос воздуха в газоходе экономайзера ; — расход воды через экономайзер, кг/с; и —энтальпии воды (или пароводяной смеси) на выходе из экономайзе-ра и на входе в экономайзер, кДж/кг.

Расход воды через экономайзер

где Р — величина непрерывной продувки, %.

Энтальпия воды на выходе из экономайзера

Конвективная поверхность нагрева экономайзера

где — коэффициент теплопередачи для экономайзера, ; — температурный напор в экономайзере, °С, определяется по формулам (2.40) и (2.41).

Воздухоподогреватели. Количество теплоты (кДж/кг), воспринятой воздухом в воздухоподогревателе, определяется по формуле

где и — энтальпии продуктов сгорания на входе в воздухоподогреватель и выходе из него. кДж кг; —присос воздуха в воздухоподогревателе; —энтальпии воздуха при средней температуре воздуха , кДж/кг; — отношение объема воздуха на выходе из воздухоподогревателя к теоретически необходимому; — доля рециркулирующего воздуха; и — энтальпии теоретически необходимого объема воздуха на выходе из воздухоподогревателя и входе в него. кДж’кг. Средняя температура воздуха

где и — температура воздуха на входе в воздухоподогреватель и выходе из него, °С.

Отношение объема воздуха на выходе из воздухоподогревателя к теоретически необходимому

где — коэффициент избытка воздуха в топке; — присос воздуха в топке; — присос воздуха в пылеприготовительной установке. . Доля рециркулирующего воздуха

где — соответственно температура воздуха яреле смешения холодного воздуха с рециркулирующим, температура холодного воздуха и температура горячего вфдуха, идущего иа рециркуляцию, °С.

Конвективная поверхность ( нагрева воздухоподогревателя

где — коэффициент теплопередачи для воздухоподогревателя, ; — температурный напор в воздухоподогревателе, С, находится по формулам (2.40) и (2.41).

Задача №6

Определить энтальпию продуктов сгорания на выходе из пароперегревателя котельного агрегата пар»-производительностью D = 3,89 кг/с, работающего на природном газе Саратовского месторождения с низшей теплотой сгорания 35 799 , если известны давление насыщенного пара = 1,5 МПа, давление перегретою пара — 1,4 МПа, температура перегретого пара — 350 °С , температура питательной воды — 100 °С.

Вличина, непрерывной продувки P 4 %, к.п.д. котлоагрегата (брутто) , энтальпия продуктов сгорания на входе в пароперегреватель , теоретический объем воздуха, необходимый для сгорания топлива , присос воздуха в газоходе пароперегревателя . температура воздуха в котельной и потери теплоты в окружающую среду

Решение: Расчетный расход топлива определяем по формуле (2.25):

Количество теплоты, воспринятой паром в пароперегревателе, находим по формуле (2.38):

Энтальпию насыщенного пара при давлении МПа находим по табл. 2 (см. Приложение): 2791,8 кДж/кг. Расход пара через пароперегреватель равен паророизводи-тельиостн котлоагрегата D, так как отсутствует отбор насыщенного пара.

Коэффициент сохранения теплоты определяем по формуле (2.31):

Энтальпию продуктов сгорания на выходе из пароперегревателя находим из формулы (2.38):

Задача №7

Определить количество теплоты, воспринятой. водой, конвективную поверхность нагрева экономайзера котельного агрегата паропроизводительностью D = 5,45 кг/с работающего на донецком каменном угле марки Т с низшей теплотой сгорания кДж /кг, если известны давление перегретого пара = 1,4 МПа, температура перегретого пара 260 °С, температура пи-тательной воды — 104 °С, к.п.д. котлоагрегата (брутто) = 88 %, величина непрерывной продувки Р = 3 %, температура воды на выходе из экономайзера = 164 °С, коэффициент теплопередачи в экономайзере — 0,021 , температура газов на входе в — 290 °С, температура газов на выходе из экономайзера — 150 °С и потери теплоты от механической неполноты сгорания — 4 %.

Решение: Натуральный расход топлива определяем по формуле (2.25):

0 так как отсутствует отбор насыщенного пара.Расчетный расход топлива находим по формуле (2.26):

Расход воды через экономайзер определяем по формуле (2.43):

Количество теплоты, воспринятой водой в экономайзере, находим по формуле (2.42):

Температурный напор в экономайзере определяем по формуле (2.40):

инвективную поверхность нагрева экономайзера по формуле (2.45):

Задача №8

Определить максимально допустимый зотовый износ стенки углеродистой трубы воздухоподогревателя котельного агрегата и температуру точки росы продуктов сгорания, если известны коэффициент, учитывающий абразивные свойства золы, . коэффициент, учитывающий вероятность ударов частиц зоны о поверхность трубы, , коэффициент неравномерности концентрации золы , коэффициент неравномерности скорости газов , средняя скорость газа в узких промежутках между трубами , длительность работы поверхности нагрева , доля золы топлива, уносимой продуктами сгорания из топки, , температура газов на входе в пучок , коэффициент избытка воздуха в топке и температура конденсации водяных паров . Котельный агрегат работает на подмосковном угле марки Б2 состава: ; ; ;;; ; . .

Решение: Низшую теплоту сгорания рабочей массы топлива определяем по формуле (I.I2):

Теоретический объем воздуха, необходимый для полного сгорания 1 кг топлива, определяем по формуле (1.27):

Объем сухих газов при = 1,4 находим по формуле (1.43):

Объем водяных паров при =1,4 определяем по (1,44):

Объем продуктов полного сгорания находим по формуле (1.31):

Концентрацию золы в продуктах сгорания определяем (2.51):

Изл

Приведенную зольность топлива находим по формуле (1 .24):

Приведенную сернистость топлива — по формуле (1.26):

Максимально допустимый золовый износ стенки трубы находим по формуле (2.50):

Температуру точки росы продуктов сгорания определим формуле (2.52):

Расчет дымовой трубы на рассеивание в атмосфере загрязняющих веществ состоит в проверке высоты трубы на рассеивание в атмосфере золы, оксидов азота и диоксида серы . Высота дымовой трубы должна обеспечивать такое рассеивание загрязняющих веществ в атмосфере.

При котором их концентрация у поверхности земли будет меньше предельно допускаемой санитарными нормами.

Предельно допускаемая концентрация (п. д. к.) не должна превышать для золы и диоксида серы значения .

Концентрация загрязняющих веществ у поверхности земли определяется по формуле

где А — коэффициент стратификации атмосферы, ; М — масса загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу из дымовой трубы, кг/с; F — коэффициент, учитывающий скорость осаждения загрязняющих веществ в атмосфере; m — коэффициент, учитывающий условие выхода продуктов сгорания из устья дымовой трубы; Н — высота дымовой трубы, м; — объем продуктов сгорания, проходящих через дымовую трубу, ; — разность между температурой газов на выходе из дымовой трубы и температурой окружающего воздуха — фоновая концентрация загрязняющих веществ в атмосфере, .

Масса золы (кг/с), выбрасываемой в атмосферу из дымовой трубы

где n — число котлоагрегатов, подсоединенных к трубе; — расчетный расход топлива, кг/с; — доля золы топлива, уносимой дымовыми газами.

Масса диоксида серы (кг/с), выбрасываемого в атмосферу из дымовой трубы:

где . — относительные молекулярные массы диоксида серы и серы.

Задача №9

Определить концентрацию диоксида серы у поверхности земли для котельной, в которой установлены два одинаковых котлоагрегата. Работающих на высокосернистом мазуте состава: ; ; 2,8 %; ; ; ; если известны высота дымовой трубы H= 31 м, расчетный расход топлива , температура газов на входе в дымовую трубу = 180 °С, температура газов на выходе из дымовой трубы , коэффициент избытка воздуха перед трубой , температура окружающего воздуха , барометрическое давление воздуха , коэффициент, учитывающий скорость осаждения диоксида серы в атмосфере, F= 1,0, коэффициент, учитывающий условие выхода продуктов сгорания газов из устья дымовой трубы m = 0,9, коэффициент стратификации атмосферы и фоновая концентрация загрязнения атмосферы диоксидом серы .