Раздел 1. Топливо и расчеты горения топлива

ПЗ№1 Определение расчетом теплоты сгорания жидкого, твердого и газообразного топлива

Задача 1

Определить высшую теплоту сгорания каменного угля, если известен состав его рабочей массы: 65% С^р, 15% Н^р, 3%О^р, 2%S^р, 10%А^р, 5%W^р.

Решение

Высшуютеплоту сгорания твердого топлива определяем по формуле Менделеева:

], кДж/кг

Q^р_в =4,187·[(81·65+300·15-26(3-2)]=40777,193кДж/кг

Ответ: Q^р_в=40777,193кДж/кг

 

Таблица 1 – Варианты заданий

№ варианта	Состав угля, %
	С^р	Н^р	О^р	S^р	А^р	W^р
1	76	10	5	4	2	3
2	50	10	8	2	18	12
3	70	16	2	2	7	3
4	75	7	2	1	10	5
5	60	20	10	2	4	4
6	70	16	4	2	6	2
7	80	8	2	1	5	4
8	60	5	16	4	7	8
9	70	5	5	1	9	10
10	50	10	10	5	15	10
11	70	10	5	4	6	5
12	70	16	4	2	6	2
13	72	10	3	2	8	5
14	63	17	8	2	4	6
15	60	10	8	2	10	10
16	76	5	6	5	2	6
17	65	14	4	3	9	5
18	81	7	3	2	2	5
19	62	12	2	1	16	7
20	73	11	5	2	5	4
21	74	10	4	1	2	9
22	65	11	7	6	6	5
23	65	14	4	3	9	5
24	70	10	5	4	7	4
25	76	10	5	4	3	2
26	60	10	8	4	8	10
27	75	7	2	1	9	6
28	72	10	3	2	7	6
29	50	15	10	5	10	10
30	76	6	6	5	2	5

Задача 2

Определить низшую теплоту сгорания мазута, если известен его состав: 83% С^р, 12,4% Н^р, 1,3%О^р, 2%S^р, 0,3%А^р, 1%W^р.

Решение

Низшую теплоту сгорания жидкого топлива определяем по формуле Менделеева: Q^р_н= 4,187[81C^р +300Н^р-26(О^р- S^р)-6(W^р+9Н^р)],кДж/кг

Q^р_н = 4,187·[81·83+300·12,4-26·(1,3 - 2) - 6·(1+9·12,4)] =40972,3072кДж/кг

Ответ:Q^р_н =40972,3072кДж/кг

 

Таблица 2 – Варианты заданий

№ варианта	Состав мазута, %
	С^р	Н^р	О^р	S^р	А^р	W^р
1	88,0	10,0	0,8	0,1	0,1	1,0
2	77,6	10,1	0,9	0,2	0,2	2,0
3	86,0	10,2	1,0	0,3	0,5	2,0
4	87,1	10,3	1,1	0,4	0,1	1,0
5	85,7	10,4	1,2	0,5	0,2	2,0
6	86,3	10,5	1,3	0,6	0,3	1,0
7	84,9	10,6	1,4	0,7	0,4	2,0
8	86,7	10,7	1,5	0,8	0,5	1,0
9	84,9	10,8	0,8	0,9	0,6	2,0
10	87,5	10,9	0,9	1,0	0,7	1,0
11	84,7	11,0	1,0	1,1	0,2	2,0
12	85,3	11,1	1,1	1,2	0,3	1,0
13	85,9	11,2	1,2	1,3	0,4	2,0
14	84,5	11,3	1,3	1,4	0,5	1,0
15	83,1	11,4	1,4	1,5	0,6	2,0
16	84,7	11,5	1,5	1,6	0,7	1,0
17	85,5	11,6	1,0	1,7	0,2	2,0
18	84,1	11,7	1,1	1,8	0,3	1,0
19	82,7	11,8	1,2	1,9	0,4	2,0
20	84,3	11,9	1,3	2,0	0,5	1,0
21	81,9	12,0	1,4	2,1	0,6	2,0
22	82,5	12,1	1,5	2,2	0,7	1,0
23	83,4	12,2	0,9	2,3	0,2	2,0
24	83,0	12,3	1,0	2,4	0,3	1,0
25	79,6	12,4	1,1	2,5	0,4	2,0
26	82,8	12,5	1,2	2,6	0,5	1,0
27	80,8	12,6	1,3	2,7	0,6	2,0
28	81,4	12,7	1,4	2,8	0,7	1,0
29	82,6	12,8	1,5	2,9	0,2	2,0
30	84,0	12,9	0,8	3,0	0,3	1,0

Задача 3

Определить теплоту сгорания газообразного топлива для газа состоящего из:32% СН₄,40%С₂Н₄,22%N₂,4%Н₂,2%Н₂О.

Решение

Теплоту сгорания газообразного топлива определяем исходя из его состава и тепловых эффектов реакций окисления его компонентов, определяемых по таблице А1 приложения.

Q_н^р=

=35501,2кДж/м³

Ответ: Q_н^р=35501,2кДж/м³

Таблица 3 –Варианты заданий

№ варианта	Состав газа,%
	СН4	С2Н4	Н2	N2	Н2О
1	60	10	9	20	1
2	51	20	8	19	2
3	42	30	7	18	3
4	33	40	6	17	4
5	24	50	5	16	5
6	10	60	9	15	6
7	14	40	8	21	7
8	13	60	7	12	8
9	11	50	7	23	9
10	51	10	5	24	10
11	50	20	4	25	1
12	39	30	3	26	2
13	28	40	2	27	3
14	9	50	9	28	4
15	18	60	8	9	5
16	10	60	7	17	6
17	31	40	6	16	7
18	22	50	5	15	8
19	56	10	4	21	9
20	45	20	3	22	10
21	42	30	2	23	3
22	28	40	8	20	4
23	9	50	7	19	5
24	10	60	6	18	6
25	27	40	9	17	7
26	34	50	8	6	8
27	9	70	7	5	9
28	53	10	6	21	10
29	52	20	5	22	1
30	41	30	4	23	2

ПЗ№2 Полный расчёт горения газообразного топлива

Задача

Определить характеристики горения для случая сжигания природного газа,

Состоящего из: 32% СН₄, 40%С₂Н₄, 22%N₂, 4%Н₂, 2%Н₂О.

1) Количество воздуха, необходимого для сжигания.

2) Количество и состав продуктов сгорания.

3) Калориметрическую температуру горения.

Решение

Расчёт ведём на 100м³ газа. Все расчёты сводим в таблицу 1

Удельный объём воздуха и продуктов сгорания:

V _в^уд= 10,63 м³/м³

V _пр^уд=  11,61 м³/м³

 

Определяем низшую теплоту сгорания топлива:

Q_р^н=

=35501,2кДж/м³

 

Определяем энтальпию продуктов сгорания:

i_пр= кДж/м³

Определяем калориметрическую температуру горения:

t=1800 C

i_CO2=4361 0,096=419

i_N2 =2674 0,743=1965

i_O2 = 2800 0,032=93

i_H2O=3430 0,129=443            

2920кДж/м³<i_пр

t=1900 C

i_CO2=4635 0,096=445

i_N2=2808 0,743=2084

i_O2=2971 0,032=98

i _H2O=3657 129=472                

3099кДж/м³>i_пр

 

Энтальпии продуктов сгорания определяем по таблице А2 приложения.

 

t_k=t_min+ 1800+0,77*100=1877⁰C

 

Ответ: t_k=1877⁰C

 

Таблица 1 - Состав газа

Состав			Реакция горения	Требуется		Всего V в м^3	Продукты сгорания				Всего
				О2,м^3	N2,м^3
газ	%	м^3					СО2	Н2О	N2	O2
CH4	32	32	CH4+2O2=CO2+2H2O	64	186·3,762=699,7	186+699,7=885,7	32	64	-	-	96
C2H4	40	40	C2H4+3O2=2CO2+2H2O	120			80	80	-	-	160
N2	22	22	-	-			-	-	22(г)	-	22
H2	4	4	H2+1/2O2=H2O	2			-	4	-	-	4
H2O	2	2	-	-			-	2(г)	- 699,7(в)	-	2 699,7
			при n=1	186	699,7	885,7	112	150	722	-	984
			при n =1,2	223,2	839,6	1063	112	150	861,9	37,2	1161
							9,6	12,9	74,3	3,2	100%

Таблица 4 – Варианты заданий

№ варианта	CO2	CH4	C2H4	N2	H2	H2O	CO
1	5,0	60,0	20,0	5,0	2,5	5,0	2,5
2	6,0	66,0	5,0	10,0	5,0	5,0	5,0
7	7,0	70,0	10,0	4,0	2,0	4,0	3,0
4	2,0	65,0	4,0	8,0	2,0	5,0	14,0
5	12,0	30,0	30,0	12,0	8,0	6,0	2,0
6	15,0	40,0	15,0	2,0	8,0	5,0	15,0
7	5,0	50,0	10,0	12,0	8,0	10,0	5,0
8	10,0	38,0	22,0	10,0	2,0	2,0	16,0
9	5,0	70,0	10,0	5,0	2,5	2,5	5,0
10	10,0	66,0	4,0	4,0	2,0	4,0	10,0
11	4,0	62,2	1,8	6,0	6,0	10,0	10,0
12	2,0	57,8	7,5	13,5	8,0	10,0	0,3
13	4,5	35,0	5,0	34,0	6,0	12,0	3,5
14	4,3	35,7	38,8	4,2	7,0	9,9	0,1
15	0,6	33,4	2,4	6,6	18,0	12,0	27,0
16	0,7	57,7	10,0	1,6	6,0	14,0	10,0
17	0,5	27,8	0,5	10,3	19,9	10,0	30,0
18	0,1	73,5	6,0	0,4	12,0	8,0	10,0
19	0,1	44,4	3,1	2,2	12,0	8,0	20,0
20	5,0	36,0	5,0	7,0	42,0	2,5	2,5
21	5,0	0,7	30,0	22,6	13,2	14,0	14,5
22	5,0	0,3	2,3	52,1	13,8	16,0	10,5
23	6,5	2,2	0,4	50,7	15,2	15,0	10,5
24	2,6	21,2	1,4	5,5	43,0	23,0	6,3
25	2,4	23,3	1,7	9,5	56,5	1,0	5,6
26	2,2	22,4	2,2	5,8	50,5	10,0	6,9
27	2,8	25,3	2,6	9,1	24,5	30,0	5,7
28	2,5	21,8	2,0	5,9	51,2	10,0	6,6
29	2,2	24,2	2,2	6,5	50,7	10,0	4,2
30	3,1	24,8	3,1	7,9	45,8	10,0	5,3
31	5,0	40,0	25,0	10,0	2,0	2,2	5,8
32	4,0	41,0	26,0	9,2	2,8	4,0	4,0
33	3,0	42,0	27,0	8,0	12,0	5,5	2,5
34	4,0	40,0	15,0	10,0	4,5	11,0	5,5
35	26,5	31,5	22,0	10,0	3,3	3,4	3,3

Раздел 2. Основы механики печных газов

ПЗ№ 3 Расчет сопротивления дымового тракта

Задача 1

Определить потери напора на пути движения продуктов горения от рабочего пространства печи до дымовой трубы.

Дано: количество продуктов горения V=28800м³/ч=8м³/с,

плотность дымовых газов p_го =1,28 кг/м³,

температура дыма в конце печи T=1223К,

размеры рабочего пространства в конце печи F=1,0х1,0 м^2.

дымовой тракт из кирпича l=0,05

l0=6,0

1,0

h=3,0

1,0

1,0

Решение:

Потери напора состоят из потерь на трение, поворот на 90⁰ и на преодоление геометрического напора.

h_потерь = h_тр + h_пом + h_м.с

h_тр=λ*

 

h_м.с=

h_геом=g*h*(p_во-p_го)

Для определения h_тр ,h_м.с, h_геом. Необходимо найти w_го, l, d_г.

ω _го находим из условия V=F*ω_o

Длину дымохода определяем по центру дымохода

Гидравлический диаметр определяем по формуле:

где F – площадь сечения дымохода, м²

П – периметр сечения дымохода,м

d_г=

h_тр= 73,3 (Н/м²)

2) h_м.с= 57,3 (Н/м²)

e=1,25∙1,0∙1,0=1,25(см. приложение, таблица А3, пункт 6)

 3)h_геом=9,81*3*(1,29-1,28)=0,28 (Н/м²)

 

Тогда h_потерь=73,3+57,3+0,28=130,9 (Н/м²)

Ответ: h_потерь=130,9 Н/м²

 

Таблица 5 – Варианты заданий

№ варианта	V,	Тго, к	H, м	, м	Fo,
1, 11, 21	2100	929	1,0	3,0	0,5х0,5
2, 12, 22	2200	973	1,5	3,5	0,6х0,6
3, 13, 23	2300	1023	2,0	4,0	0,7х0,7
4, 14, 24	2400	1073	2,5	4,5	0,8х0,8
5, 15, 25	2500	1123	3,0	5,0	0,9х0,9
6, 16, 26	2600	1173	3,5	5,5	1,0х1,0
7, 17, 27	2700	1223	4,0	6,0	1,1х1,1
8, 18, 28	2800	1273	4,5	6,5	1,2х1,2
9, 19, 29	2900	1323	5,0	7,0	1,3∙х,3
10, 20, 30	3000	1373	5,5	7,5	1,4х1,4

 

Задача 2

Высота рабочего пространства камерной печи H. На уровне пода печи поддерживается давление, равное давлению окружающей среды P₀ = 101,3 кН/м². Также известна температура дыма T_г и воздуха T_в. Найти абсолютное давление P_г и геометрический напор газа под сводом печи h_геом.

TH

Tr     Pв=Pг=101,3кН/м^2

 

 

                                                                             Н

                                                                                        

                                                                                  

 

                                                                                 

Таблица 6 – Варианты заданий

№ варианта	H, м	Tr , C	TH, С	№ варианта	Н, м	Tr, C	TH , C
1	0.9	1000	0	16	2.4	1160	25
2	1.0	1010	5	17	2.5	1000	10
3	1.1	1020	10	18	2.4	1010	5
4	1.2	1030	15	19	2.3	1020	0
5	1.3	1040	20	20	2.2	1030	5
6	1.4	1050	25	21	2.1	1040	10
7	1.5	1060	30	22	2.0	1050	15
8	1.6	1070	35	23	1.9	1060	20
9	1.7	1080	40	24	1.8	1070	25
10	1.8	1090	45	25	1.7	1080	30
11	1.9	1100	40	26	1.6	1090	35
12	2.0	1110	35	27	1.5	1100	40
13	2.1	1120	30	28	1.4	1110	45
14	2.2	1130	25	29	1.3	1120	40
15	2,3	1150	20	30	1.2	1130	35
				31	1.1	1140	30

Задача 3

Рассчитать величину полных потерь давления при движении продуктов сгорания по системе каналов от печи до дымовой трубы. Размеры и конфигурация каналов показаны на рисунке количество дымовых газов (при 0^°C) V_г= 0,8 м³/с; их плотность r_ro=1,28 кг/м³; температура на воздухе из печи 900°C; среднее падение температуры по длине каналов 3°C на 1м. Плотность окружающего воздуха при температуре 20°Cr_в = 1,2 кг/м³.