5.Расчет процесса горения топлива

Топливо – это горючие вещества, сжигаемые для получения теплоты. При выборе вида топлива нужно учитывать:

1. достаточен ли его состав;

2. качество (топливо должно содержать минимальное количество негорючих примесей).

В зависимости от природы топливо делится на искусственное (бензин, керосин, кокс и т.д.) и природное (дрова, торф, уголь и т.д.).

Твердое и жидкое топливо в том виде, в котором оно поступает к потребителю, называется рабочим и состоит из следующих элементов:

р р р р р р р

С + Sорг. + Н + О + N + A + W = 100%

I II III

I – горючая часть топлива, Sобщ. = Sорг. + Sмин.,

II – внутренний балласт топлива,

III – внешний балласт топлива,

А – зольность,

W – влажность.

Основным горючим элементом топлива является углерод. Содержание серы в топливе составляет 1-6%. Водород – самый полезный элемент. Кислород и азот в составе топлива в процессе горения не участвуют.

Зола – негорючая минеральная часть топлива, ее наличие в составе топлива нежелательно, т.к. она оседает на нагреваемых поверхностях, ухудшает передачу тепла в теплоносителе

Влага в топливе составляет 5-70%.

Для отопления проектируемого здания в качестве топлива применяется природный газь Ставропольского месторождения. Состав влажного рабочего топлива, %, представлен в таблице: Таблица № 5

CO2	CН4	C2H6	C3H6	N2	Сумма
0.1	98	0.4	0.2	1.3	100

Расчет процесса горения топлива включает 2 этапа:

1. определение количества воздуха, необходимого для горения;

2. определение состава и количества дымовых газов.

Определение количества воздуха, необходимого для горения.

Количество теплоты, которое отдает топливо, оценивается теплотой сгорания топлива – количеством тепла, выделяемом при полном сгорании 1 кг твердого или жидкого топлива.

Низшая теплота сгорания, не учитывающая тепло водяных паров, рассчитывается по формуле:

р

Qн =234H₂S+358.2CH₄+1403C₆H₆+108H₂+126CO₂=358.2·98+1403·0.4+126·0.1=

=35677.4кДж/кг

Определение состава и количества дымовых газов.

Количество и состав продуктов полного сгорания топлива определяют по формулам:

1. Теоретический объем воздуха, необходимого для полного сгорания при сжигании газа:

V^о =0.0476[0.5H₂+0.5CO₂+1.5H₂S+∑(m+n/4)C_mH_n-O₂]

где m-число атомов углерода,

n-число атомов водорода.

V^о = 0,0476(1+4/4)98+(2+6/4)0,4+(3+8/4)0,2=9,44 м³/кг

2. Теоретический объем азота в продуктах сгорания при сжигании газа:

V_N2^o = 0,79· V^о + N₂ /100

V_N2^o = 0,79·9,44+1,3/100=7,47 м³/ м³

3.Объем трехатомных газов при сжигании газа:

V_RO2=0.01(CO₂+CO+H₂S+∑mC_mH_n)

V_RO2 =0.01(0.1+(1·98+2·0.4+3·0.1)=0.992 м³/кг

4.Теоретический объем водяных паров при сжигании газа:

V^o_H2O=0,01(H₂S+ H₂₊∑n/2·C_mH_n +0.124d_г.тл)+0.0161· V^о

V^o_H2O=0.01(4/2·98+6/2·0.4+8/2·0.2)+0.124·10+0.0161·9.44=2.144 м³/ м³

5.Избыточное количество воздуха для каждого газохода:

V_изб =V^o(a_cp-1) ·V^o

a_cp-средний коэффициент избытка воздуха в газоходе, a_cp=1.5

V_изб =9.44·(1.5-1)=4.72 м³/кг

6.Действительный объем водяных паров для газа:

V_H2O = V^o_H2O+0.0161(a_cp-1) ·V^o

V_H2O=2.144+0.0161(1.5-1) ·9.44=2.21 м³/ м³

7.Действительный суммарный объем продуктов сгорания для газов:

V_г= V_RO2+ V_N2^o+(a_cp-1)V^о+V^o_H2O+0,0161(a_cp-1) ·V^o

V_г=0.992+7.47+(1.5-1) ·9.44+2.14+0.0161 ·(1.5-1) ·9.44=15.39 м³/кг

8.ОбЪемная доля газов:

r_RO3= V_RO2/ V_г =0.992/15.39=0.0644

9.Объмная доля водяных паров:

r_H2O= V_H2O/ V_г=2.144/15.39=0.139

10.Суммарная объмная доля:

r_г= r_RO3+ r_H2O=0.0644+0.139=0.2034