Побудова діаграми «ентальпія – температура» продуктів згоряння

Мета заняття: вивчити методику побудови діаграми "ентальпія – температура (І – t)" продуктів згорання 1 кг палива і її використання в процесі виконання теплового розрахунку котла.

Завдання 1. Використовуючи дані, отримані в практичному занятті 5, побудувати діаграму І – t продуктів згорання 1 кг палива в інтервалі температур 0 – 2200 °С.

2. Знайти масу продуктів згорання, що утворилися в результаті згоряння 1 кг палива.

 

ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ

Після визначення об'єму продуктів згорання приступають до побудови діаграми І – t, основи для теплового розрахунку котла.

Ентальпія – кількість тепла, витрачена на нагрівання об'єму газів від 0 до t °С. Величину ентальпії відносять до об'єму газів, отриманих в результаті повного згорання 1 кг палива. Її виражають розмірністю [кДж/кг].

Ентальпія продуктів згорання, що є сумішшю різних газів, визначається як сума добутків теплоємкостей окремих складових на їх об'єми і температуру суміші. Таким чином ентальпія дійсного об'єму продуктів згорання одного кілограма палива, що згорає з коефіцієнтом надлишку повітря α > 1, рівна, кДж/кг:

(2.1)

де С_RO2, C_N2, C_H2O, C_O2.– середні об'ємні ізобарні теплоємності відповідних газів, кДж/(м³ °С).

 

Ентальпія продуктів згорання палива одного і того ж складу залежить від значення коефіцієнта надлишку повітря α. З його зростанням збільшується об'єм газів, що виходять з котла. Тому для палива одного і того ж складу можна побудувати сімейство кривих I = f(t) – кожна з яких відповідатиме різним значенням α.

Як видно з рис. 2.1, із зростанням величини α при одній і тій же температурі t ентальпія газу зростає. Це пояснюється тим, що для нагрівання до тієї ж температури збільшеного об'єму газів потрібна більша кількість тепла, а значить – при цьому продукти згорання мають вищу внутрішню енергію, тобто ентальпію.

Рис. 2.1. Вплив коефіцієнта надлишку повітря на форму кривої I – t

 

МЕТОДИКА ПОБУДОВИ ДІАГРАМИ I – t

Ентальпія продуктів згорання розраховується по формулі (1.1) в інтервалі температур 0 – 2200°С з кроком Δt рівним 100 – 200 °С. Величини середніх об'ємних ізобарних теплоємкостей газів, що складають продукти згорання. кДж/(м³ °С), для різних температур вказані в таблиці 2.1.

 

Початкові дані:

- об'єм трьохатомних газів V_RO2, м³/кг;

- об'єм азоту V_N2, м³/кг;

- об'єм вільного кисню V_O2, м³/кг;

- об'єм водяної пари V_H2O, м³/кг.

Розрахунок ентальпії газів і побудову діаграми зручно виконувати у формі таблиці 2.2. Тут показано один з прикладів її заповнення. У першій колонці таблиці 2.2 вказано поточне значення температури продуктів згорання, в наступних – величини добутків об'ємів газів, що становлять продукти згорання, на їх теплоємності і поточну температуру. У шостій колонці приведена їх сума, що є шуканою ентальпією. Сьома колонка таблиці містить значення ентальпії в масштабі і введена з метою спрощення побудови діаграми. Масштаб діаграми m приймається рівним 250 кДж/(кг мм).

 

Таблиця 2.1

t, °C	СRO2	СN2	СO2	СH2O
	1,600	1,294	1,306	1,494
	1,700	1,295	1,318	1,505
	1,787	1,299	1,335	1,522
	1,862	1,306	1,356	1,542
	1,930	1,316	1,378	1,566
	1,988	1,327	1,398	1,589
	2,040	1,340	1,417	1,614
	2,131	1,367	1,450	1,668
	2,203	1,391	1,478	1,722
	2,263	1,414	1,500	1,766
	2,313	1,434	1,520	1,828
	2,355	1,452	1,540	1,876
	2,391	1,468	1,554	1,921
	2,422	1,482	1,569	1,962
	2,448	1,495	1,583	2,000

 

Діаграма будується на міліметрівці.

 

Таблиця 2.2

t, °C	VRO2СRO2t, кДж/кг	VN2СN2t кДж/кг	VO2СO2t кДж/кг	VН2ОСН2Оt кДж/кг	I кДж/кт	мм
	255,34	1257,3	44,62	243,4		7,2
	538,35	2552,5	90,07	490,4		14,7
	848,86	3840,6	136.87	739,9		22,3
…	…	…	…	…	…	…
	8527,59	32414,1	1190,00	7168,9		197,0

 

ВИКОРИСТАННЯ ДІАГРАМИ I–t В ТЕПЛОВИХ РОЗРАХУНКАХ

Методику використання побудованої діаграми I–t розглянемо на прикладі визначення теплової потужності утилізаційного котла. По відомій температурі газу перед котлом t, за допомогою діаграми (рис. 2.2) знайдемо значення ентальпії газу на вході в котел I_г. Аналогічно по t_ух, визначимо величину ентальпії газів, що виходять з котла I_ух.

Теплова потужність утилізаційного котла (кількість тепла, передане через поверхню нагріву) Q₁, кВт:

(2.2)

де φ – коефіцієнт збереження тепла, що враховує теплові втрати через обшивку котла в довкілля, 0,95 – 0,98;

В – витрата палива через двигун, кг/с.

Рис. 2.2. Використання діаграми I–t в розрахунках

 

ЗМІСТ ЗВІТУ

Звіт повинен містити:

- початкові дані:

- таблицю 2.1 з розрахунками;

- діаграму I–t, побудовану на аркуші міліметрового паперу формату А4;

- значення маси продуктів згорання М_пс, кг, що утворилися в результаті горіння 1 кг палива.

 

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ

1. Дайте визначення поняттям «теплоємність» і «ентальпія» газу. Вкажіть, як вони залежать від його температури.

2. Поясніть, яким чином впливає величина коефіцієнта надлишку повітря на величину ентальпії продуктів згорання?

3. Поясніть, від чого залежить нахил кривої на діаграмі I–t?

4. Поясніть, як будується і використовується діаграма I–t в процесі теплового розрахунку котла.

5. Поясніть, які чинники визначають масу продуктів згорання, отриманих в результаті горіння 1 кг палива?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №3