![]()
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ОСНОВЫ ТЕПЛОТЕХНИКИ» 2 страница
а для расчета величины разности между выходом продуктов горение и расходом воздуха при тех же (теоретических) условиях –
Здесь, кроме уже известных величин Величины
Формула (1.33) не пригодна для расчета процесса горения мазута при его распылении водяным паром. При сжигании смеси нескольких газов расчет процесса горения следует производить по правилу смешения. Если сжигается смесь двух газов, то задачу можно решить графически. Для этого определяют по теплоте сгорания каждого газа характеристики процесса горения – Далее методика расчета по определению других характеристик процесса горения смеси газов соответствует той, которая описана в п.«2.3. Расчет процесса горения газовых смесей».
Таблица 1.1. – Значение коэффициентов и поправок для расчета
Сопоставление результатов расчета характеристик процесса горения, вычислительных по приближенным формулам и по стехиометрическим соотношениям, показывает, что расхождение результатов составляет не более 3,0%, что является вполне допустимым в практике инженерных расчетов.
1.4. Расчет температур горения топлива
Сведения о температурах горения топлива позволяет дать обоснованную оценку целесообразности использования данного вида топлива в том или ином технологическом процессе, для которого основным источником тепловой энергии являются процессы его горения. Особенно это важно для металлургических технологий, относящихся к высокотемпературным. Для таких технологий важными являются характеристики самого топлива – его происхождение, агрегатное состояние, теплота сгорания и условия его сжигания – избыток воздуха, уровень обогащения воздуха кислородом, степень подогрева воздуха и газообразного топлива, участвующих в процессах горения. Таким образом, температуры горения топлива являются своего рода комплексным, интегральным показателем процесса горения, используемым для объективной оценки соответствия характеристик топлива и условий его сжигания теплотехническим требованиям реализации соответствующей металлургической технологии. Определение температур горения топлива производится на основе анализа и решения уравнения теплового баланса процесса горения топлива, который протекает в какой-либо топке или тепловом агрегате. Отражая закон сохранения энергии, уравнение теплового баланса включает две части – приходную и расходную. Первая учитывает все источники тепловой энергии, вторая – все виды потерь тепловой энергии конкретного агрегата. Исследованиям с помощью теплового баланса могут быть подвергнуты не только топки, печи, тепловые агрегаты, но и их отдельные элементы – рабочее пространство, теплообменные устройства и др. При использовании теплового баланса как инструмента исследования всегда указывается, для какого агрегата (печи, ее элемента) этот баланс составляется. Кроме того, в зависимости от цели анализа устанавливается размерность слагаемых уравнения теплового баланса. При рассмотрении процессов горения топлива целесообразно тепловой баланс этого процесса составлять на единицу сжигаемого топлива. Поэтому размерность слагаемых и уравнений теплового баланса будет при сжигании газообразного топлива – кДж/м3, а при сжигании жидких и твердых видов топлива – кДж/кг. Для выбранной размерности тепловой баланс процесса горения топлива обычно представляется в следующей форме:
Физическая сущность каждого слагаемого этого уравнения определяется следующим образом. Приходная часть теплового баланса:
Естественно, чем выше температура подогрева, тем ощутимее проявляются преимущества использования подогретого воздуха. Сведения об объемной теплоемкости воздуха приведены в табл. 1.2;
Значимость доли этой тепловой энергии возрастает с ростом температуры подогрева топлива -
Таблица 1.2.– средняя теплопроводность газообразных видов топлива и воздуха
Примечание. П – природный, К – коксовый, Д – доменный газы, В – воздух. Теплоемкость смеси газов обычно определяют по правилу аддитивности.
Приведенные слагаемые теплового баланса составляют его приходную часть. Расходная часть теплового баланса:
где
Проанализированные слагаемые теплового баланса составляют его расходную часть. Приведенная структура теплового баланса используется для расчета температур горения. При этом рассматриваются адиабатические условия горения топлива без влияния на этот процесс каких-либо технологических особенностей технологий и работы оборудования. Эти особенности расчета записываются следующим образом:
Тогда уравнение теплового баланса (1.34) с учетом (1.38) может быть записано в виде:
Из анализа этого уравнения следует, что тепловая энергия, подводимая для организации процесса горения в виде химической энергии топлива за вычетом тепловой энергии на компенсацию потерь, связанных с химической и механической неполнотой горения, определяя их теплосодержание на единицу сгоревшего топлива. Если же отнести величину теплосодержания к 1
Величину теплосодержания
Температура, достигаемая в условиях сжигания топлива при подогреве воздуха и газа с учетом только теплоты диссоциации продуктов горения при температурах горения, получила название теоретической температуры горения. В зависимости от величины коэффициента избытка воздуха эту температуру принято обозначать
Теплосодержание продуктов горения при теоретических температурах горения равно:
или
Температура, определяемая условиями горения при подогреве воздуха и топлива с учетом химического и механического недожога, названа балансовой температурой горения. Балансовые температуры горения в зависимости от величины коэффициента избытка воздуха принято обозначать Балансовые температуры могут быть найдены на основе следующих формул:
Этой температуре соответствует теплосодержание 1 м3 продуктов горения:
или
Для отыскания теоретических Таким образом при отыскании теоретических температур горения:
а при определении балансовых температур горения
Сравнение поученных выражений (1.46) и (1,47) с (1,40) позволяет, используя (1,35) и (1,36), установить, что:
Приведенные формулы справедливы для условий горения топлива как при α > 1,0, так и при α = 1,0. В последнем случае при расчете теплосодержания продуктов горения следует использовать величину V0. Если воздух для обеспечения горения поступает из атмосферы, то величину Установленная связь между значениями теплосодержания продуктов горения и температурами горения позволила профессору С.Г. Тройбу построить i–t диаграммы для определения теоретических и балансовых температур горения, которые приведены на рисунках 1.1. ..... 1.3. Необходимо подчеркнуть, что выбор для использования той или иной i–t диаграммы следует производить в зависимости от вида топлива, а для газообразных видов топлива и от величины их теплоты сгорания. Достоинство диаграмм профессора С.Г. Тройбу состоит в том, что в них учтена зависимость теплоемкости продуктов горения от избытка воздуха в них. С этой целью им введен параметр – υL, характеризующий избыток воздуха в продуктах горения при определении температур горения. Для определения этого параметра используется формула:
На диаграммах представлены пучки кривых в декартовых координатах, каждая из которых выражает зависимость iТ = f(общ), причем сплошные линии соответствуют Для подъема температуры горения любого вида топлива можно использовать: – подогрев воздуха, идущего на горение (для любых видов топлива); – подогрев газообразного топлива. Ограничения существуют для природного газа, нагрев которого не должен превышать 5000С. При более высоких температурах происходит разложение метана с выделением сажистого углерода; – подогрев и воздуха, и газообразного топлива, участвующих в процессе горения;
Рисунок 1 – i–t диаграмма для смеси доменного и природного газов при
–––– –
Рисунок 2 – i–t диаграмма для газов и их смесей при 8000 < а также для мазута, каменных углей, антрацита и кокса. –––– –
Рисунок 3 – i–t диаграмма для смеси доменного и коксового газов при
–––– – – обогащение бедных газообразных видов топлива более богатыми, например подмешивания к ним природного газа; – Обогащение воздуха кислородом, при этом в зависимости от степени обогащения снижается объем продуктов горения.
2. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА ПРОЦЕССОВ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА
2.1. Расчет процесса горения природного газа
Выполнить аналитический расчет полного горения природного газа, состав которого (на сухой газ) определяют следующие компоненты: СН4 = 980%, С2Н6 = 0,1%, СО2 = 0,3%, N2 = 1.6%, а также определить теоретические ( а) когда коэффициент избытка воздуха α = 1,0 и температура подогрева газа и воздуха равны нулю; б) когда коэффициент избытка воздуха α = 1,2, температура подогрева воздуха tТ = 00С, а температура подогрева воздуха tв – 11000С. В расчетах принять содержание влаги: в газе –
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|