Расчет процесса горения топлива

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
Физика


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Расчёт процесса горения топлива

Состав топлива

Содержание

Сг

Hг

Nг

Ог

Sг

Аа

Wр

Масс%

93,5

1,7

0,7

3,3

0,8

20,0

7,5

1. Пересчёт состава топлива на рабочую массу (в массовых %)

2. Состав топлива в мольных объёмах (на 100 кг топлива заданного состава). Расчёт проводим на 100% или на 100 кг топлива заданного состава

горение топливо теплотворный калориметрический

3. Удельный расход кислорода в мольных объёмах (на 100 кг топлива заданного состава)

5,766: 5,766 м.о. О2

0,630: 0,315 м.о. О2

0,018: 0,018 м.о. О2

У О2 = 6,099 м. о. необходимо затратить на 100 кг топлива заданного состава. В топливе уже имеется 0,076 м. о. кислорода. Следовательно, из воздуха необходимо взять кислорода:

Расход воздуха в мольных объёмах необходимый на сжигание 100 кг топлива заданного состава.

Объём идеального газа при нормальных условиях:

Теоретический расход воздуха в м3 необходимого на сжигание 1 кг топлива заданного состава.

Действительный расход воздуха (с 30% избытком сверх стехиометрически необходимого) необходимый на сжигание 1 кг топлива заданного состава.

4. Найти состав и количество отходящих газов при сжигании топлива в атмосфере воздуха содержащей 21% кислорода (О2 — 21 об. %, б — 1).

Таблица 2. Состав и количество продуктов сгорания (О2 — 21 об. %, б — 1):

Вещество

Мольные объёмы

Молекулярный вес

m, кг

Масс, %

Об, %

СО2

5,766

44

253,704

27,92

19,54

Н2О

1,047

18

18,846

2,07

3,55

2

0,018

64

1,152

0,13

0,06

N2

22,677

28

634,956

69,88

76,85

29,508

908,658

100

100

Объём продуктов сгорания:

5. Составление материального баланса сжигания топлива на воздухе (О2 — 21 об. %, б — 1)

Таблица 3. Материальный баланс сжигания топлива (О2 — 21 об. %, б — 1):

Приход

m, кг

Расход

m, кг

Продукты:

Топливо

100

СО2

253,704

Воздух:

Н2О

18,846

О2: 6,023·1·32

192,736

2

1,152

N2

634,956

N2: 22,658·1·28

634,424

Зола Ар

18,500

Невязка Д

0,002

Всего:

927,160

Всего:

927,160

6. Расчёт состава и количества продуктов сгорания при избытке необогащенного кислородом воздуха (О2 — 21 об. %, б — 1,3).

Таблица 4. Состав и количество продуктов сгорания (О2 — 21 об. %, б — 1,3):

Вещество

Мольные объёмы

Молекулярный вес

m, кг

Масс, %

Об, %

СО2

5,766

44

253,704

21,93

15,13

Н2О

1,047

18

18,846

1,63

2,75

2

0,018

64

1,152

0,10

0,05

N2

29,474

28

825,272

71,34

77,33

О2

1,807

32

57,824

5,00

4,74

38,112

1156,798

100

100

Объём продуктов сгорания:

7. Составление материального баланса сжигания топлива в необогащённом воздухе (О2 — 21 об. %, б — 1,3)

Таблица 5. Материальный баланс сжигания топлива (О2 — 21 об. %, б — 1,3):

Приход

m, кг

Расход

m, кг

Продукты:

Топливо

100

СО2

253,704

Воздух:

Н2О

18,846

О2: 6,023·1,3·32

250,557

2

1,152

N2

825,272

О2

57,824

N2: 22,658·1,3·28

824,751

Зола Ар

18,500

Невязка Д

0,01

Всего:

1175,308

Всего:

1175,308

8. У О2 = 6,099 м. о. необходимо затратить на 100 кг топлива заданного состава. В топливе уже имеется 0,076 м. о. кислорода. Следовательно, из воздуха необходимо взять кислорода:

Расход воздуха в мольных объёмах необходимый на сжигание 100 кг топлива заданного состава.

Объём идеального газа при нормальных условиях:

Теоретический расход воздуха в м3 необходимого на сжигание 1 кг топлива заданного состава.

Действительный расход воздуха (с 30% избытком сверх стехиометрически необходимого) необходимый на сжигание 1 кг топлива заданного состава.

9. Найти состав и количество отходящих газов при сжигании топлива в атмосфере воздуха содержащей 30% кислорода (О2 — 30 об. %, б — 1)

Таблица 6. Состав и количество продуктов сгорания (О2 — 30 об. %, б — 1):

Вещество

Мольные объёмы

Молекулярный вес

m, кг

Масс, %

Об, %

СО2

5,766

44

253,704

37,99

27,58

Н2О

1,047

18

18,846

2,82

5,01

2

0,018

64

1,152

017

0,09

N2

14,073

28

394,044

59,01

67,32

20,904

667,746

100

100

Объём продуктов сгорания:

10. Составление материального баланса сжигания топлива на воздухе (О2 — 30 об. %, б — 1)

Таблица 7. Материальный баланс сжигания топлива (О2 — 30 об. %, б — 1):

Приход

m, кг

Расход

m, кг

Продукты:

Топливо

100

СО2

253,704

Воздух:

Н2О

18,846

О2: 6,023·1·32

192,736

2

1,152

N2

394,044

N2: 14,054·1·28

393,512

Зола Ар

18,500

Невязка Д

0,002

Всего:

686,248

Всего:

686,248

11. Расчёт состава и количества продуктов сгорания при избытке необогащенного кислородом воздуха (О2 — 30 об. %, б — 1,3)

Таблица 8. Состав и количество продуктов сгорания (О2 — 30 об. %, б — 1,3):

Вещество

Мольные объёмы

Молекулярный вес

m, кг

Масс, %

Об, %

СО2

5,766

44

253,704

30,07

21,41

Н2О

1,047

18

18,846

2,23

3,89

2

0,018

64

1,152

0,14

0,07

N2

18,289

28

512,092

60,70

67,92

О2

1,807

32

57,824

6,85

6,71

26,927

843,618

100

100

Объём продуктов сгорания:

12. Составление материального баланса сжигания топлива в необогащённом воздухе (О2 -30 об. %, б — 1,3)

Таблица 9. Материальный баланс сжигания топлива (О2 — 30 об. %, б — 1,3):

Приход

m, кг

Расход

m, кг

Продукты:

Топливо

100

СО2

253,704

Воздух:

Н2О

18,846

О2: 6,023·1,3·32

250,557

2

1,152

N2

512,092

О2

57,824

N2: 14,054·1,3·28

511,566

Зола Ар

18,500

Невязка Д

0,005

Всего:

862,123

Всего:

862,123

13. У О2 = 6,099 м. о. необходимо затратить на 100 кг топлива заданного состава. В топливе уже имеется 0,076 м. о. кислорода. Следовательно, из воздуха необходимо взять кислорода:

Расход воздуха в мольных объёмах необходимый на сжигание 100 кг топлива заданного состава.

Объём идеального газа при нормальных условиях:

Теоретический расход воздуха в м3 необходимого на сжигание 1 кг топлива заданного состава.

Действительный расход воздуха (с 30% избытком сверх стехиометрически необходимого) необходимый на сжигание 1 кг топлива заданного состава.

14. Найти состав и количество отходящих газов при сжигании топлива в атмосфере воздуха содержащей 30% кислорода (О2 -100 об. %, б — 1)

Таблица 10. Состав и количество продуктов сгорания (О2 — 100 об. %, б — 1):

Вещество

Мольные объёмы

Молекулярный вес

m, кг

Масс, %

Об, %

СО2

5,766

44

253,704

92,51

84,18

Н2О

1,047

18

18,846

6,87

15,28

2

0,018

64

1,152

0,42

0,26

N2

0,019

28

0,532

0,19

0,28

6,850

274,234

100

100

Объём продуктов сгорания:

15. Составление материального баланса сжигания топлива на воздухе (О2 — 100 об. %, б — 1)

Таблица 11. Материальный баланс сжигания топлива (О2 — 100 об. %, б — 1):

Приход

m, кг

Расход

m, кг

Продукты:

Топливо

100

СО2

253,704

Воздух:

Н2О

18,846

О2: 6,023·1·32

192,736

2

1,152

N2

0,532

Зола Ар

18,500

Невязка Д

0,002

Всего:

292,736

Всего:

292,736

16. Расчёт состава и количества продуктов сгорания при избытке необогащенного кислородом воздуха (О2 — 100 об. %, б — 1,3)

Таблица 12. Состав и количество продуктов сгорания (О2 — 100 об. %, б — 1,3):

Вещество

Мольные объёмы

Молекулярный вес

m, кг

Масс, %

Об, %

СО2

5,766

44

253,704

76,40

66,61

Н2О

1,047

18

18,846

5,68

12,09

2

0,018

64

1,152

0,35

0,21

N2

0,019

28

0,532

0,16

0,22

О2

1,807

32

57,824

17,41

20,87

8,657

332,058

100

100

Объём продуктов сгорания:

17. Составление материального баланса сжигания топлива в необогащённом воздухе (О2 — 100 об. %, б — 1,3)

Таблица 13. Материальный баланс сжигания топлива (О2 — 100 об. %, б — 1,3):

Приход

m, кг

Расход

m, кг

Продукты:

Топливо

100

СО2

253,704

Воздух:

Н2О

18,846

О2: 6,023·1,3·32

250,557

2

1,152

N2

0,532

О2

57,824

Зола Ар

18,500

Невязка Д

0,001

Всего:

350,557

Всего:

350,557

18. Расчёт низшей теплоты сгорания рабочего топлива в мДж/кг по известному элементарному составу

= 0,339 · 69,19 + 1,03 · 1,26 — 0,109 (2,44 — 0,59) — 0,0251 (9 · 1,26 + 7,5) =

= 23,45 541 + 1,2978 — 0,20 165 — 0,472 884 = 24,78 676 мДж/кг = 24 078,676 кДж/кг

19. Определение теоретической или калориметрической температуры процесса горения в необогащённом воздухе (О2 — 21 об. %, б — 1)

Начальная энтальпия продуктов сгорания:

= 6,61 м3/кг

Задаёмся предварительной температурой и определяем энтальпию продуктов сгорания полученного состава при данной температуре.

Таблица 14. Задаёмся Т1 = 2073 К (1800 0С), (О2 — 21 об. %, б — 1)

Вещество

Доля компонентов в смеси

Энтальпии отходящих газов

Энтальпия сгорания каждого из компонентов отходящих газов в смеси

СО2

0,2792

1041,48

290,781

Н2О

0,0207

819,18

16,957

2

0,0013

1000,80

1,301

N2

0,6988

632,16

441,753

Таблица 15. Задаёмся Т2 = 2273 К (2000 0С), (О2 — 21 об. %, б — 1)

Вещество

Доля компонентов в смеси

Энтальпии отходящих газов

Энтальпия сгорания каждого из компонентов отходящих газов в смеси

СО2

0,2792

1172,80

327,446

Н2О

0,0207

929,00

19,230

2

0,0013

1200,00

1,560

N2

0,6988

709,40

495,729

20. Определение теоретической или калориметрической температуры процесса горения в необогащённом воздухе (О2 — 21 об. %, б — 1,3)

Начальная энтальпия продуктов сгорания:

= 8,537 м3/кг

Задаёмся предварительной температурой и определяем энтальпию продуктов сгорания полученного состава при данной температуре.

Таблица 16. Задаёмся Т1 = 2073 К (1800 0С), (О2 — 21 об. %, б — 1,3)

Вещество

Доля компонентов в смеси

Энтальпии отходящих газов

Энтальпия сгорания каждого из компонентов отходящих газов в смеси

СО2

0,2193

1041,48

228,397

Н2О

0,0163

819,18

13,353

2

0,0010

1000,80

1,001

N2

0,7134

632,16

450,983

О2

0,0500

668,88

33,444

Таблица 17. Задаёмся Т2 = 2273 К (2000 0С), (О2 — 21 об. %, б — 1,3):

Вещество

Доля компонентов в смеси

Энтальпии отходящих газов

Энтальпия сгорания каждого из компонентов отходящих газов в смеси

СО2

0,2193

1172,80

257,195

Н2О

0,0163

929,00

15,143

2

0,0010

1200,00

1,200

N2

0,7134

709,40

506,086

О2

0,0500

750,60

37,530

21. Определение теоретической или калориметрической температуры процесса горения в необогащённом воздухе (О2 — 30 об. %, б — 1)

Начальная энтальпия продуктов сгорания:

= 4,683 м3/кг

Задаёмся предварительной температурой и определяем энтальпию продуктов сгорания полученного состава при данной температуре.

Таблица 18. Задаёмся Т1 = 2073 К (1800 0С), (О2 — 30 об. %, б — 1)

Вещество

Доля компонентов в смеси

Энтальпии отходящих газов

Энтальпия сгорания каждого из компонентов отходящих газов в смеси

СО2

0,3799

1041,48

395,658

Н2О

0,0282

819,18

23,101

2

0,0017

1000,80

1,701

N2

0,5901

632,16

373,038

Таблица 19. Задаёмся Т2 = 2273 К (2000 0С), (О2 — 30 об. %, б — 1)

Вещество

Доля компонентов в смеси

Энтальпии отходящих газов

Энтальпия сгорания каждого из компонентов отходящих газов в смеси

СО2

0,3799

1172,80

445,547

Н2О

0,0282

929,00

26,198

2

0,0017

1200,00

2,040

N2

0,5901

709,40

418,617

22. Определение теоретической или калориметрической температуры процесса горения в необогащённом воздухе (О2 — 30 об. %, б — 1,3)

Начальная энтальпия продуктов сгорания:

= 6,032 м3/кг

Задаёмся предварительной температурой и определяем энтальпию продуктов сгорания полученного состава при данной температуре.

Таблица 20. Задаёмся Т1 = 2073 К (1800 0С), (О2 — 30 об. %, б — 1,3)

Вещество

Доля компонентов в смеси

Энтальпии отходящих газов

Энтальпия сгорания каждого из компонентов отходящих газов в смеси

СО2

0,3007

1041,48

313,173

Н2О

0,0223

819,18

18,268

2

0,0014

1000,80

1,401

N2

0,6070

632,16

383,721

О2

0,0685

668,88

45,818

Таблица 21. Задаёмся Т2 = 2273 К (2000 0С), (О2 — 30 об. %, б — 1,3)

Вещество

Доля компонентов в смеси

Энтальпии отходящих газов

Энтальпия сгорания каждого из компонентов отходящих газов в смеси

СО2

0,3007

1172,80

352,661

Н2О

0,0223

929,00

20,717

2

0,0014

1200,00

1,680

N2

0,6070

709,40

430,606

О2

0,0685

750,60

51,416

23. Определение теоретической или калориметрической температуры процесса горения в необогащённом воздухе (О2 — 100 об. %, б — 1)

Начальная энтальпия продуктов сгорания:

= 1,534 м3/кг

Задаёмся предварительной температурой и определяем энтальпию продуктов сгорания полученного состава при данной температуре.

Таблица 22. Задаёмся Т1 = 2073 К (1800 0С), (О2 — 100 об. %, б — 1)

Вещество

Доля компонентов в смеси

Энтальпии отходящих газов

Энтальпия сгорания каждого из компонентов отходящих газов в смеси

СО2

0,9251

1041,48

963,473

Н2О

0,0687

819,18

56,278

2

0,0042

1000,80

4,203

N2

0,0019

632,16

1,201

Таблица 23. Задаёмся Т2 = 2273 К (2000 0С), (О2 — 100 об. %, б — 1)

Вещество

Доля компонентов в смеси

Энтальпии отходящих газов

Энтальпия сгорания каждого из компонентов отходящих газов в смеси

СО2

0,9251

1172,80

1084,957

Н2О

0,0687

929,00

63,822

2

0,0042

1200,00

5,040

N2

0,0019

709,40

1,348

24. Определение теоретической или калориметрической температуры процесса горения в необогащённом воздухе (О2 — 100 об. %, б — 1,3)

Начальная энтальпия продуктов сгорания:

= 1,939 м3/кг

Задаёмся предварительной температурой и определяем энтальпию продуктов сгорания полученного состава при данной температуре.

Таблица 24. Задаёмся Т1 = 2073 К (1800 0С), (О2 — 100 об. %, б — 1,3)

Вещество

Доля компонентов в смеси

Энтальпии отходящих газов

Энтальпия сгорания каждого из компонентов отходящих газов в смеси

СО2

0,7640

1041,48

795,691

Н2О

0,0568

819,18

46,529

2

0,0035

1000,80

3,503

N2

0,0016

632,16

1,011

О2

0,1741

668,88

116,452

Таблица 25. Задаёмся Т2 = 2273 К (2000 0С), (О2 — 100 об. %, б — 1,3)

Вещество

Доля компонентов в смеси

Энтальпии отходящих газов

Энтальпия сгорания каждого из компонентов отходящих газов в смеси

СО2

0,7640

1172,80

896,019

Н2О

0,0568

929,00

52,767

2

0,0035

1200,00

4,200

N2

0,0016

709,40

1,135

О2

0,1741

750,60

130,679

25. Сравнение результатов

Таблица 26. Сравнительная таблица результатов расчёта процесса горения при различных условиях

О2 — 21 об%

О2 — 30 об%

О2 — 100 об%

б — 1

б — 1,3

б — 1

б — 1,3

б — 1

б — 1,3

27 367,315

Тк, К

2268

1910

2854

2408

4973

5002

Тд, К

1710

1433

2141

1806

3730

3752

Мольный объём

35,035

45,028

25,043

32,037

8,724

10,822

Масса газовой фазы, mГ, кг

908,658

1156,798

667,746

843,618

274,234

332,058

Объём продуктов сгорания VГ, м3/кг

7,848

10,086

5,610

7,176

1,954

2,424

Объёмный вес,, кг/м3

1,338

1,355

1,374

1,358

1,605

1,571

Абсолютная невязка

0,006

0,014

0,006

0,004

0,006

0,012

Относительная невязка, %

5,66·10-4

10,38·10-4

7,69·10-4

4,06·10-4

1,85·10-4

30,69·10-4

Начальная энтальпия продуктов сгорания i0, кДж/м3

833,454

648,517

1165,944

911,503

2858,200

2698,410

Масс. %

СО2

24,99

19,62

34,08

26,94

83,73

68,96

Н2О

4,57

3,58

6,22

4,92

15,29

12,60

2

0,08

0,06

0,11

0,09

0,27

0,22

N2

70,36

71,72

59,59

61,17

0,71

0,59

О2

5,02

6,89

17,64

Об. %

СО2

17,03

13,25

23,83

18,63

68,40

55,14

Н2О

7,60

5,92

10,64

8,32

30,53

2462

2

0,04

0,03

0,05

0,04

0,15

0,12

N2

75,33

76,14

65,48

66,47

0,92

0,74

О2

4,66

6,55

19,39

Масс. кг

СО2

262,548

262,548

262,548

262,548

262,548

262,548

Н2О

49,952

47,952

47,952

47,952

47,952

47,952

2

0,832

0,832

0,832

0,832

0,832

0,832

N2

738,948

959,952

459,172

596,260

2,24

2,24

О2

67,142

67,136

67,136

Вывод: чтобы выбрать наиболее подходящий процесс, надо учесть несколько факторов.

Чтобы Тд не было слишком высокое, так как это сокращает срок службы печи.

Объём продуктов сгорания был наименьший в виду меньшей загрязняемости окружающей среды.

Объёмный вес был тоже меньше, так как он лучше будет уходить из зоны горения.

По этим пунктам наиболее подходят О2 — 21 об. %, б — 1 и О2 — 21 об. %, б — 1,3, но О2 — 21 об. %, б — 1,3 более приемлемый экономически, так как более дешевле и горение менее интенсивнее, чем при О2 — 21 об. %, б — 1.

Список литературы

1. Теплотехнические расчёты металлургических печей. Под редакцией Телегина А. С. Москва. 1993 г. 368 с.

2. Металлургические печи: атлас. Медкалинный В. А., Кривандин В. А., Морозов В. А., Сборщиков Г. С., Егоров А. В. Москва. 1987 г. 384 с.

3. Расчёты пирометаллургических процессов и аппаратуры цветной металлургии. Гальберг А. А. Шалыгин Н.Н. Шмотин Ю. Б. Челябинск. 1990 г. 448 с.

4. Расчёт печи кипящего слоя. Методические указания к дипломному и курсовому проекту. Жучков И. А. Иркутск. 1988 г. 31 с.

5. Тепломассообмен и металлургическая теплотехника. Методические указания к выполнению курсового проекта специальности 1102: металлургия цветных металлов. Кузьмина М. Ю. Иркутск. 1997 г. 27 с.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой