Выбор и определение необходимых для расчетов характеристик топлива

Введение

 

Расчетно-графическая работа выполняется студентами специальности 25 08 00 в соответствии с учебной программой дисциплины «Теплотехника». Ее цель – закрепить знания по разделу «Горение топлива», полученные студентами при изучении теоретической части указанной дисциплины, а также выработать практические навыки самостоятельного проведения инженерных расчетов, т.к. важной задачей при проектировании печей промышленности строительных материалов является правильное решение вопросов, связанных с сжиганием топлива.

Методические указания содержат описание порядка выполнения инженерных расчетов процессов полного горения различных видов органического топлива и таблицы справочных величин.

Конкретные сведения по видам топлива а исходные данные, необходимые для выполнения типовых расчетов, указываются в заданиях, выдаваемых индивидуально каждому студенту.

 

1.Содержанне расчетно-графической работы и исходные данные

 

В расчетно - графической предусматривается произвести расчет процесса полного горения конкретного органического топлива с последующим определением на основе материальных и тепловых балансов жаропроизводительности и калориметрической температуры горения, а также расчет расхода тепла на диссоциацию продуктов сгорания, обусловливающего снижение температуры горения.

Исходные данные для выполнения расчета следующие: вид топлива, его состав и некоторые дополнительные характеристики (зольность , и влажность рабочей массы твердого или жидкого топлива или влагосодержание d_Т газового топлива, температура горения Т_т); влагосодержание d_B и температура воздуха Тв, необходимого для сгорания топлива.

Конкретные сведения по видам топлива и исходные данные, необходимые для выполнения курсовой работы, указываются в задании (приложение 1). Вариант задания соответствует двум последним цифрам номера зачетной книжки студента. Последовательность выполнения расчетов определяется порядком излагаемых ниже рекомендаций.

 

Материальный баланс процесса горения газообразного топлива

Приход	Расход
Природный газ Воздух Итого: 100%	Итого: 100%

Материальный баланс процесса горения твердого и жидкого топлива на 100 кг топлива

 

Приход	Расход
Топливо Воздух: Итого: 100%	Зола (шлак) Продукты горения: SO =100· Итого: 100%

 

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение I

Варианты заданий РГЗ

Вариант 1

При обжиге керамических изделий в туннельной печи расходуется теплота, эквивалентная Q кг условного топлива на 1 т изделий.

Температура обжига – t_обж.

Природный газ и мазут сжигаются в газомазутной горелке, доли которых по тепловыделению:

q_пр.г=n и q_мазута=m

Воздух, идущий на горение, подогревается до t_в, мазут - до t_м.

Определить коэффициент избытка воздуха в соответствии с условиями сжигания топлива.

Провести расчет полного горения топлива.

Определить расход топлива при совместном сжигании и при использовании природного газа.

№	Q,кг у.м		n	m			Мазут, марка	Пр.газ, месторождение
1	600 кг/т	1410	0,1	0,9	300	90	Малосернистый-М20	Ставропольское (Хадумский горизонт)
2	700 кг/т	1430	0,2	0,8	320	95	>>-М40	Ставропольское(Горизонт Зеленая Свита)
3	800кг/т	1440	0,3	0,7	350	90	>>-М60	Волгоградское
4	900кг/т	1450	0,4	0,6	380	85	>>-М80	Елшанское
5	1000кг/т	1400	0,5	0,5	400	80	>>-М100	Степновское
6	8кг/	1420	0,6	0,4	410	85	Сернистый-М10	Бугурусланское
7	9 кг/	1400	0,7	0,3	400	80	>>-М20	Дашавское
8	10 кг/	1320	0,8	0,2	420	90	>>-М40	Шебелинское
9	11 кг/	1330	0,9	0,1	400	95	Малосернистый-М60	Березанское
10		1320	0,1	0,9	410	85	>>-М60	Краснооктябрьское
11		1330	0,2	0,8	420	90	>>-М80	Вой-Войтское
12		1340	0,3	0,7	430	95	>>-М100	Джебольское
13		1350	0,4	0,6	450	80	Сернистый-М10	Деминское
14		1360	0,5	0,5	460	85	>>-М20	Усть-Вилюйское
15		1370	0,6	0,4	470	90	>>-М40	Степновское
16		1380	0,7	0,3	480	80	Малосернистый-М60	Усть-Вилюйское
17		1390	0,8	0,2	490	85	Малосернистый-М60	Сабо-Хаинское
18		1290	0,9	0,1	500	90	>>-М80	Карадагское
19		1280	0,1	0,9	510	95	>>-М100	Кызыл-Тумшунское
20		1300	0,2	0,8	520	80	Малосернистый-М60	Кызыл-Кумское
21		1320	0,3	0,7	530	85	>>-М60	Дашавское
22		1310	0,4	0,6	540	90	>>-М80	Ленинградское
23		1320	0,5	0,5	55	95	>>-М100	Волгоградское

Таблица 1

Вариант 2

При обжиге портландцементного клинкера во вращающейся печи расходуется теплота, эквивалентная Q кг условного топлива на 1 т клинкера.

Температура обжига – t_обж.

Осуществляется совместное сжигание природного газа и мазута, доли которых по тепловыделению:

q_пр.г=n и q_мазута=m

Воздух, идущий на горение, подогревается до t_в, мазут-до t_м.

Определить коэффициент избытка воздуха в соответствии с условиями сжигания топлива.

Произвести расчет полного горения топлива.

Определить расход топлива при совместном сжигании и при использовании природного газа.

№	Q,кДж/кг		n	m			Мазут, марка	Пр.газ, месторождение
1	4200	1400	0,1	0,9	300	90	Малосернистый-М20	Краснооктябрьское
2	4100	1410	0,2	0,8	320	95	>>-М40	Вой-Войтское
3	4020	1405	0,3	0,7	330	80	>>-М60	Джебольское
4	3930	1420	0,35	0,65	350	85	>>-М80	Березовское
5	3840	1440	0,4	0,6	360	90	>>-М100	Деминское
6	3780	1450	0,45	0,55	380	95	Сернистый-М10	Усть-Вилюйское
7	3700	1460	0,5	0,5	390	90	>>-М20	Сабо-Хаинское
8	3610	1455	0,6	0,4	400	90	>>-М40	Карадагское
9	3520	1400	0,7	0,3	380	80	Малосернистый-М60	Кызыл-Тумшунское
10	3430	1410	0,8	0,2	400	95	>>-М80	Кызыл-Кумское

Таблица 2

Вариант 3

При варке стекла в стекловаренной печи расходуется теплота, эквивалентная Q кг теплоты на 1 кг стекла.

Температура газовой среды в печи поддерживается – t_г.

Осуществляется совместное сжигание природного газа и мазута, доли которых по тепловыделению:

q_пр.г=n и q_мазута=m

Воздух, идущий на горение, подогревается до t _в, мазут - до t _м.

 Определить коэффициент избытка воздуха в соответствии с условиями сжигания топлива.

Произвести расчет полного горения топлива. Определить расход: топлива при совместном сжигании и при использовании природного газа.

Таблица 3

№	Q,кДж/кг		n	m			Мазут, марка	Пр.газ, месторождение
1	12500	1475	0,9	0,1	400	80	Малосернистый-М20	Волгоградское
2	13500	1475	0,8	0,2	500	85	>>-М40	Елшанское
3	14000	1480	0,75	0,25	550	90	>>-М60	Степновское
4	15000	1485	0,7	0,3	600	90	>>-М80	Дашавское
5	16000	1490	0,65	0,35	650	80	>>-М100	Шебелинское
6	18000	1470	0,6	0,4	700	90	Сернистый-М10	Бугурусланское
7	19000	1490	0,55	0,45	750	80	>>-М20	Березанское
8	21000	1470	0,4	0,6	800	85	>>-М40	Ленинградское
9	23000	1430	0,45	0,55	850	80	Малосернистый-М60	Осиновское
10	25000	1450	0,5	0,5	900	85	>>-М80	Джебольское

Приложение 2

 

Список литературы

1. Тепловые и атомные электрические станции: Справочник /Под общ. ред. В.А. Григорьева, В.М. Зорина - М.: Энергоиздат, 1982.- 624 с.

2. Л е в ч е н к о П.В. Расчеты печей и сушил силикатной промышленности. - М: Высшая школа, 1968. - 367 с.

3. Р а в и ч  М.Б.  Топливо эффективность его использования - М.: Наука, 1971. -354 с.

4. Х з м а л я н  Д.М.,   К а г а н  Я.А. Теория горения и топочные устройства. - М: Энергия, 1976. -483 с.

5. Энергетическое топливо СССР: Справ. - М: Энергия, 1979. -128с.

6. Б е л о с е л ь с к и й  В.С., С о л я к о в В.К. Энергетическое топливо. -М: Энергия, 1980. - 168с.

7. Рациональное использование газа в энергетических установках: Справочное руководство /Под  ред. А.С. Иссерлина – Л.: Недра, 1990.-420С.                                                                  

8. Ф и л и м он о в  Ю.П., Г р о м о в а Н.С. Топливо и печи. – М.: Металлургия, 1987.-319с.                                               

 

 

 

Оглавление

Введение……………………………………………………………………………...3

1. Содержание курсовой работы и исходные данные …………………………….3

2. Выбор и определение необходимых для расчетов характеристик топлива…..4

3. Расчет расхода окислителя и выхода продуктов полного сгорания газообразного топлива……………………………………………………………6

4. Расчет расхода окислителя и выхода продуктов полного сгорания твердого и жидкого топлива………………………………………………………..………..9

5. Определение температуры горения…………………………………………….13

5.1. Определение жаропроизводительности топлива…………………………13

5.2. Определение калориметрической температуры горения………………...15

5.3. Определение теоретической температуры горения………………………16

5.4. Действительная температура горения……………………………………..17

6. Расчет горения газомазутной смеси……………………………………………18

Приложения…………………………………………………………………………19

Приложение 1. Варианта Заданий курсовой работы…………………………..19

Приложение 2. Характеристика некоторых индивидуальных горючих газов.23

Приложение 3. Средняя теплоемкость горючих газов………………………...24

Приложение 4. Средняя объемная теплоемкость продуктов сгорания и

воздуха………………………………………………………….25

Приложение 5. Степень диссоциации двуокиси углерода а, % ………………...26

Приложение 6. Степень диссоциации водяного пара % ………………………. 27

Приложение 7. Средний состав некоторых природных газов…………………..28

Приложение 8. Состав каменных углей некоторых месторождений…………...29

Приложение 9. Состав некоторых жидких топлив………………………………30

Приложение 10. Приближенные значения пирометрического

коэффициента процесса горения………………………………30

Список литературы…………………………………………………………………33

 

Учебное издание

 

РАСЧЕТ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА

Методические указания к выполнению расчетно-графической работы по курсу «Теплотехника» для студентов специальности 25 08 00 - Химическая технология тугоплавких неметаллических и силикатных материалов

 

 

Составители: Тихомирова Тамара Ивановна, Гришко Борис Михайлович

 

Редактор В.И. Пустовая

Корректор Т.В. Кучеренко

                                        

 

                                    Изд. лиц. ИД № 00434 от 10.11.99.

Подписано в печать 20 12.99 Формат 60x84/16 Усл.печ. л. 2,3. Уч.-изд. л.2,0

Тираж 150экз.       Заказ                       Цена

Отпечатано в Белгородской государственной технологической

академии строительных материалов.

308012, г. Белгород, ул. Костюкова, 46

 

Введение

 

Расчетно-графическая работа выполняется студентами специальности 25 08 00 в соответствии с учебной программой дисциплины «Теплотехника». Ее цель – закрепить знания по разделу «Горение топлива», полученные студентами при изучении теоретической части указанной дисциплины, а также выработать практические навыки самостоятельного проведения инженерных расчетов, т.к. важной задачей при проектировании печей промышленности строительных материалов является правильное решение вопросов, связанных с сжиганием топлива.

Методические указания содержат описание порядка выполнения инженерных расчетов процессов полного горения различных видов органического топлива и таблицы справочных величин.

Конкретные сведения по видам топлива а исходные данные, необходимые для выполнения типовых расчетов, указываются в заданиях, выдаваемых индивидуально каждому студенту.

 

1.Содержанне расчетно-графической работы и исходные данные

 

В расчетно - графической предусматривается произвести расчет процесса полного горения конкретного органического топлива с последующим определением на основе материальных и тепловых балансов жаропроизводительности и калориметрической температуры горения, а также расчет расхода тепла на диссоциацию продуктов сгорания, обусловливающего снижение температуры горения.

Исходные данные для выполнения расчета следующие: вид топлива, его состав и некоторые дополнительные характеристики (зольность , и влажность рабочей массы твердого или жидкого топлива или влагосодержание d_Т газового топлива, температура горения Т_т); влагосодержание d_B и температура воздуха Тв, необходимого для сгорания топлива.

Конкретные сведения по видам топлива и исходные данные, необходимые для выполнения курсовой работы, указываются в задании (приложение 1). Вариант задания соответствует двум последним цифрам номера зачетной книжки студента. Последовательность выполнения расчетов определяется порядком излагаемых ниже рекомендаций.

 

Выбор и определение необходимых для расчетов характеристик топлива

 

Необходимые, для расчетов теплотехнические характеристики различных топлив приведены в литературе [1,2] и приложениях.

Важнейшими и наиболее общими характеристиками топлива, определяющими характер и результаты процесса его сжигания являются химический состав и теплота сгорания топлива Состав топлива является исходной характеристикой и во многом определяет остальные.

Состав газообразного топлива указывает, какие химические соединения и в каком количестве в процентах по объему содержатся в газовой смеси, например: водорода Н₂; кислорода О₂; азота N₂; окиси углерода СО; двуокиси углерода СО₂; метана СН₄; этана С₂Н₆ тяжелых углеводородов С_nH_m и т.д. Всего состав сухого газа (без учёта содержания влаги) равен 100%. Содержание влаги d_T, г/м³ (при нормальных условиях) указывается отдельно.

Расчеты горения твердого или жидкого топлива выполняются на основе, данных об элементарном составе рабочей массы конкретного топлива. Пересчет элементарного состава горючей массы топлива на рабочую производится no-следующим формулам:

 

 

                   

где С^Р, H^P и т.д., С^Г, Н^Г и т.д. - содержание углерода, водорода и других элементов в рабочей и горючей массах топлива соответственно, %; А^р и   - содержание золы и влаги в рабочей массе топлива, %.

При отличии указанных в задании значений зольности и влажности рабочей массы топлива от приведенных в справочниках необходимо произвести пересчет элементарного состава топлива с одной рабочей массы на другую по формулам:

 

где ;   и т.д., ;   и т.д. - содержание углерода, водорода и других элементов в рабочей массе топлива соответственно при ,  и при ,  %.

Правильность проведенных расчетов определяется выполнением равенства + + + + +

Для составления тепловых балансов процесса необходимо знание величины теплоты сгорания сжигаемого топлива.

Теплота сгорания твердого и жидкого топлива Q^P_H определяется экспериментально по результатам калориметрических измерений, которые основаны на сжигании навески топлива в атмосфере кислорода и поглощения выделившегося тепла водой в калориметре. Значения  для различных видов топлив приведешь в литературе.

Величина Q^P_H зависит от элементарного состава рабочей массы конкретного топлива. Если заданные значения А^Р и W^P топлива отличаются от указанных в [1,2], необходимо определять новое значение Q^P_H2, МДж/кг, соответствующее рассчитанному, новому элементарному составу рабочей массы топлива, по формуле

При отсутствии, сведений о величине  топлива, но при известном элементарном составе рабочей массы топлива, приближенное значение теплоты сгорания, МДж/кг, может быть определено по
эмпирической формуле Д.И. Менделеева:

Теплота сгорания (низшая) сухого газового топлив , МДж/кг, определяется при нормальных условиях, на основе состава газового топлива с учетом теплот сгорания индивидуальных горючих газов, содержащихся в топливе:

),

Где - содержание соответствующих горючих газов в газовом топливе, %; -теплота сгорания соответствующих газов, МДж/ , приведена в приложении 2.

 

Необходимое для составления теплового баланса значение
теплоемкости рабочей массы твердого и жидкого топлива вычисляется
по следующим формулам, кДж/(кг*К):

 для твердого топлива:

 

 

для жидкого топлива:

= 1,738 +0,0251∙(T₁- 273).

Сухая масса некоторых видов твердого топлива имеет следующие значения теплоёмкости без учета ее изменения с температурой, кДж/(кг∙К):

 

 

Бурый уголь и торф………………….1,16

каменный уголь……………………...1,09

антрацит и тощий каменный уголь…0,92

сланец…………………………………0,88

 

 

где                                                                         - средние изобарные теплоемкости соответствующих индивидуальных газов в интервале от 0°С до температуры топлива t_T кДж/(м³*К), значения которых приведены в приложениях 2 и 3;

                                                                                  - содержание соответствующих газов в газовом топливе, %.