- •Методичні вказівки і контрольні завдання
- •1. Методичні вказівки
- •2. Приклади вирішення задач Загальні вказівки
- •А. Рівняння стану ідеального газу
- •Б. Теплоємність газів
- •В. Газові суміші
- •Г. Термодинамічні процеси ідеального газу
- •Д. Термодинамічні процеси зміни стану водяної пари
- •Е. Паливо. Матеріальний і тепловий баланси процесу горіння
- •Контрольні завдання з курсу «енерготехнологія хіміко-технологічних процесів» Домашнє завдання № 1
- •Література
- •Домашнє завдання № 2
- •Література
Е. Паливо. Матеріальний і тепловий баланси процесу горіння
Елементарний склад твердих і рідких палив записується у вигляді суми вмісту в них вуглецю С, воднюН,киснюО,сіркиS,азоту N,золи Аі вологи W у відсотках на 1 кг палива. Залежно від того, яка маса палива береться в розрахунок, кожному числу привласнюється відповідний надрядковий індекс:
горюча;
суха ;
робоча .
Елементарний склад палива з однієї маси на іншу перераховують згідно формулам табл. 2.3.
Перерахунок елементарного складу палива з однієї вологості (зольності) на іншуведеться за формулами, %:
Таблиця2.3
Коефіцієнти перерахунку мас палива
За відсутності табличних даних теплоту згоряння палив необхідно визначати в калориметричних бомбах. Для орієнтовних розрахунків нижча теплота згоряння твердих або рідких палив може бути розрахована по формулі Менделєєва, ккал/кг:
,
або кДж/кг:
.
Вища і нижча теплоти згоряння робочої маси зв'язані виразом:
.
Для порівняння теплової цінності різних видів палива використовують умовне паливо, яке має теплоту згоряння, рівну 29300 кДж/кг.Витрату натурального палива на умовне перераховують за формулою Ву = ВЕ,
де Bуі В - витрата відповідно умовного і натурального палива, кг/с;
Е-тепловий еквівалент палива. .
Мінімальна (теоретична) кількість повітря, необхідна для повного спалювання 1 кг твердого або рідкого палива при α= 1, м3/кг:
Дійсна кількість повітря визначається добутком коефіцієнта надлишку повітря і теоретичної кількості повітря, м3/кг: .
Об'єм продуктів згоряння, що утворилися при спалюванні 1 кг палива в теоретично необхідній кількості повітря
де об'єми продуктів згоряння кожного компоненту відповідно будуть:
Об'єм продуктів згоряння при спалюванні 1 кг палива і дійсній кількості повітря, м3/кг:
Ентальпія продуктів згоряння IГ(кДж/кг), (кДж/м3) при α=1визначається як сума добутків об'єму елементарних продуктів згоряння, їх питомої теплоємності С,температуриθ, ентальпії надмірного повітряі золи IЗ:
де -теоретичні об'єми продуктів згоряння палива і повітря,м3/кг, м3/м3; αун–частка золи, що виноситься газами; СЗ–питома теплоємність золи, кДж/(кг·К).
Елементарний склад газоподібних палив звичайно приводиться як процентний вміст окремих газів: оксиду вуглецю СО,водню Н2,метану СН4,етану С2Н6,кисню О2,азоту N2таінших.
Теплота згоряння газоподібних палив підраховується як сума добутків теплоти згоряння окремих компонентів і їх вмісту в 1 м3газоподібного палива, МДж/м3:
Мінімальний (теоретичний) об'єм повітря, необхідний для спалювання 1 м3газоподіб-ного палива, м3/м3:
.
Теоретичний об'єм азоту: .
Об'єм трьохатомних газів: .
Об'єм сухих газів:
Теоретичний об'єм водяної пари:
де dГ–вологовміст газоподібного палива, віднесений до 1м3сухого газу, г/м3.
Дійсний об'єм продуктів згоряння при α >1, м3/м3:
.
(При спалювання сланців об'єми продуктів згоряння обчислюються з поправкою на розкладання карбонатівК).
Розрахунковий зміст золи з урахуванням карбонатів, що розклалися, %:
Об'єм вуглекислоти, м3/кг;
Об'єм газів, м3/кг:
При спалюванні суміші палив об'єми і ентальпії продуктів згоряння пропонується розраховувати для кожного палива окремо на 1 кг твердого або рідкого і на 1 м3газоподібного палива.
По отриманих для кожного палива значеннях Vo, VRO2, VN2 визначаються об'єми повітря і продуктів згоряння суміші,м3/кг.Для суміші двох однорідних палив (твердих, рідких або газоподібних):
де g'–масова частка першого палива в суміші.
По аналогічних формулах визначають суміші.Розрахунок ведеться на 1 кг твердого або рідкого палива. Для суміші твердого або рідкого палива з газоподібним паливом заздалегідь визначається кількість газу Х,що приходиться на 1 кгпалива.
Об'єм повітря, м3/кг:
Аналогічно розраховують об'єми вуглекислоти, азоту, водяної пари.
Питома теплоємність продуктів згоряння (середня), кДж/(м3·К):
Теоретична температура горіння:
Коефіцієнт надлишку повітря за даними газового аналізу продуктів згоряння визначають по наступних формулах:
- при повному згорянні палива, коли в продуктах згоряння відсутні продукти неповного горіння
- при вмісті в продуктах згоряння горючих компонентів спочатку визначають надмірний вміст кисню, %:
а потім по формулі– коефіцієнт надлишку повітря.
Приклад 13. Визначте кількість повітря, теоретично необхідну для спалювання 1 кг палива наступного складу, %: CP=37,2; HP=2,6; SP=0,6; NP=0,4; OP=12; WP=40; AP=7,2, а також об'єм продуктів згоряння при коефіцієнті надлишку повітря α=1,2.
Рішення. Визначаємо теоретично необхідну кількість повітря:
Визначаємо об'єм продуктів згоряння, м3/кг:
Приклад 14. Визначте нижчу і вищу теплоти згоряння робочої маси вугілля марки Д, якщо склад його горючої маси, %: CГ=78,5; HГ=5,6; =0,4; NГ=2,5; OГ=13. Зольність сухої маси AС=15,0 % і вологість WP=12,0 %.
Рішення. Користуючись коефіцієнтами перерахунку з табл. 2.3, визначаємо золь-ність робочої маси палива Ар і склад робочої маси, %:
Нижча теплота згоряння робочої маси палива:
Вища теплота згоряння:
Ж. Вторинні енергоресурси
Використання теплоти відхідних газів для отримання гарячої води і пари
Відхідні котельні гази використовують у водяних утилізаторах (економайзерах) і в котлах-утилізаторах для отримання гарячої води і пари.
Витрата відхідних газів з котельні, м3/с:
де n- кількість котлоагрегатів;BP-розрахункова витрата палива, кг/с; і-теоретично необхідний об'єм відповідно газів і повітря, м3/кг (м3/м3);αУ–коефіцієнт надлишку повітря за утилізатором; θ –температура газів на вході в утилізатор,oC.
Кількість теплоти, що віддається відхідними котельними газами утилізатору, кДж/с:
де -середня витрата відхідних газів при їх охолоджуванні в утилізаторі від θ до θ', м3/с;-середня об'ємна теплоємність газів, кДж/(м3·К);
θ' - температура газів на виході з утилізатора,oC.
Використання теплоти пічних відхідних газів для отримання пари
Кількість виробленої теплоти у вигляді пари в утилізаторі за рахунок теплоти відхідних газів, кДж/с:
де Іг, Іг -ентальпія газів на виході відповідно з печі і з утилізатора, кДж/кг (кДж/м3); β - коефіцієнт, що враховує невідповідність режиму і кількості годин роботи утилізатора і агрегату - джерела вторинних енергоресурсів; - коефіцієнт втрат теплоти утилізатора в навколишнє середовище.
Економія умовного палива за рахунок вторинних ресурсів, кг/с:
де -ККД котельні, що заміщається.
Приклад 15. Визначити економію умовного палива при використанні виробленої теплоти у вигляді пари в котлі-утилізаторі за рахунок теплоти відхідних газів двох печей, якщо температура газів на виході з печей θ = 700оС, на виході з котла-утилізатора θ' = 200оС, коефіцієнт надлишку повітря за котлом-утилізатором αУ=1,35. Розрахункова витрата палива двох печей BP=0,036 м3/с, коефіцієнт, що враховує невідповідність режиму і числа годин роботи котла-утилізатора і печей β=1,0; коефіцієнт втрат теплоти котла-утилізатора в навколишнє середовище =0,12і ККД котельні, що заміщається, =0,86. Печі працюють на природному газі Шебелінського родовища складу, %: СН4 = 94,1; С2Н6 = 3,1; С3Н8 = 0,6; С4Н10 = =0,2; С5Н12 = 0,8; N2 = 1,2.
Рішення. Теоретично необхідний об'єм повітря
Об'єм трьохатомних газів
Теоретичний об'єм азоту
Теоретичний об'єм водяних газів
Ентальпія газів на виході з печей
Ентальпія газу на виході з котла-утилізатора
(значення питомих ентальпій газів і золи беруться з додатку).
Кількість виробленої теплоти у вигляді пари в котлі-утилізаторі за рахунок теплоти відхідних газів
Економія умовного палива при використанні виробленої теплоти у вигляді пари в котлі-утилізаторі за рахунок теплоти відхідних газів
, або Век = 39,6 кг/год.