Как найти плотность продуктов сгорания

Из реакций горения
жидкого топлива видно, что продуктами
сгорания являются такие газы как:

.

Теоретический
объем продуктов горения:

м³/кг,
(2.6)

где

объемы
газов, м³/кг.

При расчете объемов
углекислого и сернистого газов необходимо
учитывать, что при сжигании 1 кг углерода
образуется 1,867 м³/кг
углекислого газа, а при сжигании 1 кг
серы образуется 0,7 м³/кг
сернистого газа. Тогда объем углекислого
газа:

м³/кг,

где

–
содержание углерода в топливе по рабочей
массе, %.

м³/кг.

Объем сернистого
газа:

м³/кг,

где

–
содержание серы в топливе по рабочей
массе, %.

м³/кг.

На практике чаще
всего определяют суммарное количество
углекислого и сернистого газов, которое
обозначают

:

м³/кг;

м³/кг.

Влага в продуктах
горения складывается из влаги, образующейся
при горении водорода, влаги топлива
(
),
влаги, идущей на распыление мазута (
)
и влаги, вносимой с воздухом. Иными
словами:

м³/кг,
(2.7)

где

– содержание водорода в топливе по
рабочей массе, %;

– влага топлива,
%;

–
влага, идущая на
распыление мазута, %;

g
– влагосодержание сухого воздуха,
г/м³;

–
общее количество
кислорода, необходимое для полного
горения 1 кг топлива.

В данной курсовой
работе влагосодержанием сухого воздуха
и влагой, идущей на распыление мазута,
пренебрегают. В этом случае влага в
продуктах горения по упрощенной формуле
(2.7) равна:

м³/кг;

м³/кг.

Азот в продуктах
горения складывается из азота, входящего
в состав топлива и азота, входящего в
состав воздуха. Объем одного килограмма
азота, содержащегося в топливе: 22,4/28 =
0,8 м³/кг.
Объем азота, содержащегося в воздухе
равен

.
Суммарный объем азота определяется
следующим образом:

м³/кг,

–
содержание азота
в топливе по рабочей массе, %;

–
общее количество
кислорода, необходимое для полного
горения 1 кг топлива.

м³/кг.

Таким образом,
теоретический объем продуктов горения
по формуле (2.6):

м³/кг.

Действительный
объем влажных продуктов горения при
α_в
= 1,2:

(2.8)

Поскольку
влагосодержанием сухого воздуха в
данной курсовой
работе
пренебрегают, действительный объем
влажных продуктов горения равен
по упрощенной
формуле (2.8) будет равен:

м³/кг;

м³/кг.

Объем сухих
продуктов горения:

м³/кг;
(2.9)

По формуле (2.9):

м³/кг.

Избыточный объем
кислорода:

м³/кг;
(2.10)

По формуле (2.10):

м³/кг.

Избыточный объем
азота:

м³/кг;
(2.11)

По формуле (2.11):

м³/кг.

Состав продуктов
горения определяется исходя из
стехиометрических соотношений реакций
горения соответствующих компонентов
топлива с учетом коэффициента избытка
воздуха. Состав влажных продуктов
горения:

Сумма процентных
содержаний влажных продуктов горения
равна нулю, следовательно, расчет
произведен правильно.

Состав сухих
продуктов горения:

Сумма процентных
содержаний сухих продуктов горения
равна нулю, следовательно, расчет
произведен правильно.

Плотность влажных
продуктов горения [4]:

кг/м³,
(2.12)

где
CO₂,
H₂O
и т.д. – содержание соответствующих
газов в продуктах горения, %.

Плотность влажных
продуктов горения по формуле (2.12) равна:

кг/м³.

Правильность
расчета горения топлива проверяется
составлением материального баланса.
Чаще расчет в промышленных целях ведут
на 100 кг топлива.

Поступило, кг:

Мазут – 80

Воздух:

O₂

N₂

____________________________________________________________________

Всего

1423,158

Получено, кг:

Продукты сгорания:

CO₂

SO₂

H₂O

N₂

____________________________________________________________

Всего

1423,079

Расхождение,
определяемое погрешностью расчета,
составляет:

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

Плотность — продукт — сгорание

Cтраница 1

Плотность продуктов сгорания приблизительно равна плотности воздуха.
 [2]

Поскольку плотность продуктов сгорания уменьшается с повышением их температуры, требуется дымовая труба меньшей высоты. Тяга также улучшается с понижением температуры окружающего воздуха. Высота дымовых труб на нефтеперерабатывающих установках составляет 40 — 50 м и более, а создаваемое разрежение 150 — 200 Па. Скорость движения газов в трубе обычно принимают равной 4 — 8 м / с при естественной тяге и 8 — 16 м / с при искусственной, согласуй ее с величиной гидравлического сопротивления.
 [3]

Большая разность плотностей продуктов сгорания и окружающего воздуха обусловливает появление подъеы — цоГГ силы, которая способствует быстрому ( импульсному) увеличению массы факела в результате значительного подсасывания воздуха) и уменьшению его длины. С повышением скорости истечения горючего газа и увеличением силы инерции струи влияние подъемной силы на длину факела уменьшается. Такая картина наблюдается при использовании сопла с хорошим округленным выпускным отверстием.
 [4]

ГТУ при отношении плотности воздуха к плотности продуктов сгорания, равном 3 — 5 проходные сечения по газовой стороне должны быть во столько же раз больше проходных сечений со стороны воздуха. При этом площадь фронта со стороны продуктов сгорания сокращается и обе стороны теплообменной поверхности работают полноценно.
 [6]

Увеличение скорости пламени приводит к повышению давления и плотности продуктов сгорания. По мере увеличения скорости пламени и давления в ударной волне точка, описывающая состояние продуктов реакции такой дефлаграции, перемещается вверх по кривой F Gz — Достигнув точки N, описывающей дефлаграцию Чепмена — Жуге, она далее поднимается по — кривой.
 [7]

Во — безразмерное число Больцмана; / Ч р — плотность продуктов сгорания при средней температуре ТПР; с Рпр — теплоемкость продуктов сгорания; ( у nt — средняя скорость продуктов сгорания; ба — постоянная Стефа-на — Больцмана 7 — температура излучающей поверхности факела.
 [8]

Па принимается р / 101 0801), Па; ро — плотность продуктов сгорания при нормальных условиях, кг / м3; Ф — средняя температура продуктов сгорания на данном участке; С; 1 23 кг / м3 — плотность наружного воздуха при давлении 101 080 Па и температуре 20 С.
 [9]

Температура продуктов сгорания на выходе равна 400 С, а давление 1 1 бар; плотность продуктов сгорания при нормальных физических условиях 1 22 кг / м3; скорость газов в трубе принять 4 м / сек. При сгорании 1 кг мазута получается 24 кг газов.
 [10]

Величина UB во столько раз превосходит нормальную скорость пламени, во сколько плотность исходной смеси больше плотности продуктов сгорания. Увеличение скорости газового потока при сгорании является следствием расширения газов. Она представляет собой количество веществ ( в г), сгорающее на 1 см2 поверхности пламени в 1 сек; в любой точке вдоль нормали к фронту она постоянна.
 [11]

Величина иь во столько раз превосходит нормальную скорость пламени, во сколько плотность исходной среды больше плотности продуктов сгорания. Увеличение скорости газового потока при сгорании является следствием расширения газа. Величина g p называется массовой скоростью горения. Она представляет собой массу вещества, сгорающую на 1 м2 поверхности пламени в 1 с; в любой точке вдоль нормали к фронту она постоянна.
 [12]

Величина иь превосходит нормальную скорость пламени во столько раз, во сколько плотность исходной среды больше плотности продуктов сгорания. Увеличение скорости газового потока при сгорании является следствием расширения газов. Величина G — up называется массовой скоростью горения. Она представляет собой массу вещества ( в граммах), сгорающего на 1 см2 поверхности пламени в 1 сек. В любой точке вдоль нормали к фронту пламени она постоянна.
 [13]

Как было сказано выше, проходные сечения ячеек для прохода продуктов сгорания должны быть значительно больше, чем для воздуха, так как плотность продуктов сгорания меньше.
 [14]

Это вызвано влиянием сильного уменьшения плотности смеси, так как, как видно из уравнения (2.125), скорость детонации обратно пропорциональна корню квадратному из плотности продуктов сгорания. Отсюда вытекает интерес к опытам с разбавлением смеси гелием и аргоном. Добавление гелия к стехиометрической смеси должно повысить скорость в сравнении с чистой стехиометрической смесью вследствие уменьшения плотности. С другой стороны, добавление аргона должно вызвать уменьшение скорости вследствие повышения плотности. Следовательно, должен получиться замечательный результат: два инертных одноатомных газа, отличающихся атомным весом, но действующих одинаково в тепловом отношении, должны влиять на скорость детонации в противоположных направлениях. Так как при одинаковом количестве добавленного инертного газа Т2, т2 и f ] fo одинаковы, скорость должна быть обратно пропорциональна корню квадратному из плотности продуктов горения.
 [15]

Страницы:  

   1

   2

где
– соответственно низшие теплоты сгорания
смеси газов и каждого из газов в отдельности.

Состав  смешанного
газа:

,                                          
(28)

где
x₁ и x₂ – содержание какого–либо
компонента в первом и втором смешиваемых газах соответственно.

2. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА

2.1.
Мазут

Пусть мазут, содержащий 86,5 % С^р, 10,5 % Н^р,
0,3 % N^р, 0,3 % О^р,
0,3 % S^р, 1,8 % W ^р
и 0,3 % A^р, сжигается в воздухе, при
коэффициенте расхода воздуха . Температура подогрева
воздуха  ^оС.

Требуется рассчитать расход воздуха, необходимый для
горения 1 кг мазута, низшую теплоту сгорания топлива, действительную
температуру факела, количество и состав продуктов сгорания на 1 кг мазута.

Находим расход кислорода на горение мазута заданного
состава при коэффициенте расхода воздуха  по
формуле (11):

При сжигании мазута в обычном воздухе (k = 3,762)
расход сухого воздуха при n = 1
определяется по формуле (12):

При сжигании мазута в обычном воздухе с учётом
коэффициента расхода воздуха  определим по формуле (13):

Определим объёмы отдельных составляющих и суммарный
объем продуктов сгорания (14):

Определим процентный состав продуктов сгорания по
формуле (15):

Определим содержание воздуха в продуктах сгорания по
формуле (16):

Правильность расчета проверим
составлением материального баланса. Плотность каждого компонента продуктов
сгорания находим, разделив массу одного моля на объем, занимаемый одним молем
компонента (22,4 л). Плотность продуктов сгорания можно найти, разделив их
массу на объем.

Плотность продуктов сгорания равна: r_п.с. = 15,84 / 12,141 = 1,3 кг/м³.

Низшую теплоту сгорания топлива определим по формуле
(8):

Определим калориметрическую температуру сгорания
топлива без учёта подогрева воздуха и топлива, тогда истинная энтальпия
продуктов сгорания, определяемая по формуле (18), будет равна:

.

Зададим температуру .
Энтальпия продуктов сгорания при этой температуре равняется (см. табл. 3):

Так как , то искомая
калориметрическая температура выше, чем .

Зададим температуру , при
которой найдем энтальпию продуктов сгорания рассматриваемого состава (см. табл.
3):

Так как получившееся значение энтальпии , то искомая температура ниже, чем . Тогда
калориметрическую температуру горения мазута заданного состава определим по формуле
(20):

Действительную
температуру факела определим по формуле (21):

.

Определим калориметрическую температуру сгорания
топлива при температуре подогрева воздуха , для
этого начальную энтальпию продуктов сгорания вычислим по формуле (18):

.

Зададим температуру .
Энтальпия продуктов сгорания при этой температуре равняется (см. табл. 3):

Так как , то искомая
калориметрическая температура выше, чем .

Зададим температуру .
Энтальпия продуктов сгорания при этой температуре равняется (см. табл. 3):

Так как , то искомая калориметрическая
температура ниже, чем . Определим её по формуле (20):

По
формуле (21) определим действительную температуру факела:

.

2.2. Природный
газ

Пусть природный газ, содержащий 95,82 %
СН₄^с, 2,04 % С₂Н₆^с, 1,02 % С₃Н₈^с,
0,41 % С₄Н₁₀^с, 0,51 %
N₂^с и 0,2 % CO₂^с, сжигается
в воздухе, при коэффициенте расхода воздуха . Содержание
влаги в сухом газе . Температуры подогрева воздуха и
топлива .

Уважаемый посетитель!

Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).

Ссылка на скачивание — внизу страницы.

В этом случае у нас уже есть высота дымовой трубы, материал и площадь сечения дымохода и т.д. Стоит задача проверки совместимости параметров дымового канала и теплогенератора, т.е. необходимым условием корректной работы дымохода является превышение cамотяги над потерями напора в дымоходе на величину минимально допустимого разряжения в дымоотводящем патрубке теплогенератора. Величина естественной тяги зависит от многих факторов:

• формы поперечного сечения дымохода (прямоугольная, круглая и т.д.);
• температуры дымовых газов на выходе из теплогенератора;
• материала дымохода (нержавеющая сталь, кирпич и т.д.);
• шероховатости внутренней поверхности дымохода;
• неплотностей газохода, при сочленениях элементов (трещины в покрытии и т.п.);
• параметров наружного воздуха (температура, влажность);
• высоты над уровнем моря;
• параметров вентиляции помещения, где установлен котел;
• качества настройки теплогенератора — полноты сгорания топлива (соотношения топливо/воздух);
• типа работы горелки (модуляционный или дискретный);
• степени загрязненности элементов газовоздушного тракта (котла и дымохода).

Величина самотяги

В первом приближении величину самотяги можно проиллюстрировать на примере рис. 1.

h_c = H_д(ρ_в – ρ_г), мм вод. ст.,

где h_c— величина самотяги; H_д— эффективная высота дымохода; ρ_в— плотность воздуха; ρ_г— плотность дымовых газов. Как видно из формулы, основную переменную составляющую образуют плотности дымовых газов и воздуха, которые являются функциями от их температуры. Для того, чтобы показать насколько сильно величина самотяги зависит от температуры дымовых газов, мы приводим следующий график, иллюстрирующий эту зависимость (рис. 2).

Однако на практике гораздо чаще встречаются случаи, когда изменяется не только температура дымовых газов, но и температура воздуха. В табл. 1 приведены величины удельной самотяги на один метр высоты дымовой трубы в зависимости от температур продуктов сгорания и воздуха. Естественно, что таблица дает весьма приблизительный результат и для более точной оценки (во избежание интерполирования значений) необходимо подсчитывать реальные значения плотности продуктов сгорания и окружающего воздуха. Плотность воздуха ρ_впри рабочих условиях:

где t_ос — температура окружающей среды, °С, принимается для наихудших условий работы оборудования — летнего времени, при отсутствии данных принимается 20 °С; ρ_в.ну — плотность воздуха при нормальных условиях, 1,2932 кг/м³; ρ_г — плотность дымовых газов при рабочих условиях:

где ρ_г.ну — плотность продуктов сгорания при нормальных условиях, при α= 1,2 для природного газа можно принять — 1,26 кг/м³. Для удобства обозначим:

тогда

где (1 + αt)— температурная составляющая. Для упрощения операций будем считать плотность дымовых газов равной плотности воздуха и сводим все значения плотности, приведенные к нормальным условиям на промежутке t = –20…+400 °С, в табл. 2.

Практическое вычисление самотяги

Для вычисления естественной тяги необходимо уточнить среднюю температуру газов в трубе (символ) _cp. Температура на входе в трубу (символ)₁ определяется из паспортных данных оборудования. Температуру продуктов сгорания на выходе из устья дымохода (символ)₂ находят с учетом их охлаждения по длине трубы.

Охлаждение газов в трубе на 1 м ее высоты определяется по формуле:

где Q — номинальная тепловая мощность котла, кВт; В — коэффициент: 0,85 — неизолированная металлическая труба, 0,34 — изолированная металлическая труба, 0,17 — кирпичная труба с толщиной кладки до 0,5 м.

Температура на выходе из трубы:

где H_д — эффективная высота дымовой трубы в метрах.

Средняя температура продуктов сгорания в дымоходе:

На практике величину самотяги просчитывают для следующих граничных условий:

1. Для температуры наружного воздуха 20 °С (летний режим работы теплогенератора).
2. Если летняя расчетная температура наружного воздуха отличается более чем на 10 от 20 °С, то принимается расчетная температура.
3. Если теплогенератор эксплуатируется только в зимний период, то расчет ведется по средней температуре за отопительный период.

Для примера возьмем установку со следующими параметрами (рис. 3):

• мощность — 28 кВт;
• температура дымовых газов — 125 °С;
• высота дымовой трубы — 8 м;
• дымовая труба — из кирпича.

Охлаждение газов в трубе на 1 м ее высоты по (3):

Температура дымовых газов на выходе из трубы по (4):

Средняя температура продуктов сгорания в дымоходе по (5):

Тогда величина самотяги будет: h_c = 8•(1,2049 – 0,8982)= 2,4536 мм вод. ст.

Вычисление оптимальной площади поперечного сечения дымового канала

1. Первый вариант определения диаметра дымохода Диаметр трубы принимается либо по паспортным данным (по диаметру выходного патрубка из котла) в случае монтажа отдельной дымовой трубы к каждому котлу, либо по формуле при объединении нескольких котлов в общий дымоход (суммарная мощность до 755 кВт):

Для цилиндрических труб определяется диаметр:

где r — коэффициент, зависящий от вида используемого топлива: для газа — r = = 0,016, для жидкого топлива — r = 0,024, для угля — r = 0,030, дрова — r = 0,045.

2. Второй вариант определения диаметра дымохода (с учетом скорости продуктов сгорания)

Согласно Norma UNI-CTI 9615, площадь поперечного сечения дымохода можно вычислить по формуле:

где m_г.д — массовый расход продуктов сгорания, кг/ч. Для примера рассмотрим следующий случай:

• высота дымовой трубы — 7 м;
• массовый расход продуктов сгорания — 81 кг/ч;
• r = 0,8982 кг/м³;
• плотность продуктов сгорания (при (символ)_ср =120 °С) ρ_г = 0,8982 кг/м³;
• скорость продуктов сгорания (в первом приближении) w_г = 1,4 м/с.

По (8) определяем ориентировочную площадь сечения дымового канала:

Отсюда вычисляем диаметр дымового канала и подбираем ближайший стандартный дымоход: 150 мм. По новому значению диаметра дымовой трубы определяем площадь дымового канала и уточняем скорость дымовых газов:

После этого проверяем, чтобы скорость дымовых газов укладывалась в диапазон 1,5–2,5 м/с. При слишком высокой скорости дымовых газов увеличивается гидравлическое сопротивление дымохода, а при слишком низкой — активно образуется конденсат водяных паров. Для примера просчитаем также скорость дымовых газов при нескольких ближайших типоразмерах дымохода:

• Ø110 мм: w_г = 2,64 м/с.
• Ø130 мм: w_г = 1,89 м/с.
• Ø150 мм: w_г= 1,42 м/с.
• Ø180 мм: w_г= 0,98 м/с.

Результаты представлены на рис. 4. Как видим, из полученных значений скоростным условиям удовлетворяют два типоразмера: Ø 130 мм и Ø 150 мм. В принципе, мы можем остановиться на любом из этих значений, однако Ø 150 мм предпочтительней, т.к. потери напора в этом случае будут меньше.

Для удобства подбора типоразмера дымохода можно использовать диаграмму рис. 5. Для примера: расход продуктов сгорания — 468 м³/ч; диаметр газохода Ø 300 мм — скорость продуктов сгорания w_г = 1,9 м/с. Расход продуктов сгорания — 90 м3/ч; диаметр газохода Ø 150 мм — скорость продуктов сгорания w_г = 1,4 м/с.

Потери напора в дымоходе

Сумма сопротивлений трубы:

Σ∆h_тр = ∆h_тр + ∆h_мс, мм вод. ст. (10)

Сопротивление трения:

Потери в местных сопротивлениях:

где ζ= 1,0; 0,9; 0,2–1,4 — коэффициенты местного сопротивления с выходной скоростью (на выходе из трубы), на входе в дымовую трубу и в поворотах — отводах и тройниках (коэффициент выбирают в зависимости от их конфигураций), соответственно; λ— коэффициент сопротивления трения: 0,05 для кирпичных труб, 0,02 для стальных; g — ускорение свободного падения, 9,81 м/с2; d — диаметр дымовой трубы, м; w_г — скорость продуктов сгорания в трубе:

V_г.д — действительный объем продуктов сгорания:

BT — расход топлива с учетом теплотворной способности данного топлива:

где η— КПД установки из паспортных данных на оборудование, 0,9–0,95; Q_нр — низшая теплотворная способность (в зависимости от состава топлива), для газа — 8000 ккал/м3; V_г.о — теоретический объем продуктов сгорания, для природного газа можно принять 10,9 м3/м3; V_в.о — теоретически необходимое количество воздуха, для сжигания 1 м3 природного газа 8,5–10 м3/м3; α— коэффициент избытка воздуха, для природного газа 1,05–1,25.

Проверка тяги производится по формуле:

H_бар — барометрическое давление, принимаемое 750 мм вод. ст.; ∆Н_п — перепад полных давлений газового тракта, мм вод. ст., без учета сопротивления и самотяги трубы; h = 1,2 — коэффициент запаса по тяге. Перепад полных давлений по газовому тракту (общий вид формулы):

∆H_п = h_т ˝ + ∆h – h_c. (17)

где h_т ˝ — разряжение на выходе из топки, необходимое для предотвращения выбивания газов, обычно принимается 2–5 мм вод. ст. В данном случае для проверки тяги перепад полных давлений берется без учета суммарного ∆h и самотяги трубы h_c сопротивлений, таким образом:

∆H_п = h_т ˝ = 2–5 мм вод. ст.

Для наглядности изобразим процессы, происходящие в дымовом канале, на напорной диаграмме (рис. 6). По горизонтальной оси отложим перепады давления и потери напора, а по горизонтальной — высоту дымохода. Тогда отрезок DB будет обозначать величину cамотяги, а линия DA — перепад давлений по высоте дымовой трубы. С другой стороны от оси АВ откладываем потери напора в дымоходе. Графически потери давления по длине дымохода будет символизировать отрезок АС.

Производим зеркальную проекцию отрезка ВС и получаем точку С . Область, затушеванная зеленым цветом, символизирует разряжение в дымовом канале. Очевидно, что величина естественной тяги уменьшается по высоте дымохода, а потери напора возрастают от устья к основанию дымовой трубы.

Заключение

Как показывает многолетний опыт эксплуатации теплогенераторов с открытой камерой сгорания, от правильно спроектированного и корректно смонтированного дымохода в большой мере зависит надежная и стабильная работа теплогенерирующей установки (см. рис. 7). Поэтому необходимо уделять этому вопросу самое пристальное внимание уже на стадии проектирования системы теплоснабжения, а также проводить поверочные расчеты при ремонте, модернизации и замене теплогенераторов. Надеемся, статья поможет вам разобраться с этим немаловажным вопросом.

при полном сгорании 8,8 г органического вещества образовалось 17,6 г углекислого газа и 7,2 г воды. Относительная плотность вещества по водороду равна 36. Определи молекулярную формулу вещества.

n(C)=n(CO2)=17,6г44г/моль=0,4моль;

n(H)=2n(H2O)=2⋅7,2г18г/моль=0,8моль.

2. Определим, содержится ли в веществе кислород:

m(O)=m(в−ва)−m(C+H)=8,8−(0,4⋅12+0,8⋅1)=3,2г.

3. Найдём количество кислорода:

n(O)=3,2г16 г/моль=0,2моль.

4. Отношение индексов в молекуле:

x:y:z=0,4моль:0,8моль:0,2моль=4:8:1.