Читальный зал -->  Изменение энтропии 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 [ 42 ] 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74

участвующих в реакциях компонентов, называются стехиометрически-м и.

В соответствии со стехиометрическим уравнением реакции горения водорода

Н2 + 0,5О2 = Н2О (16.1)

на 2 кг, т. е. на 1 кмоль водорода, необходимо затратить 16 кг (0,5 кмоль) кислорода, при этом образуется 18 кг водяного пара. Аналогично из реакций

С + 02 = С02; S + 02 = S02 (16.2)

следует, что на 12 кг углерода и 32 кг серы нужно затратить по 32 кг кислорода, при этом получается соответственно 44 кг СОг и 64 кг SOj. Следовательно, для полного сгорания 1 кг углерода теоретически требуется затратить 2,67 кг кислорода, а 1 кг серы и водорода соответственно 1 и 8 кг кислорода. Часть необходимого кислорода, равная 0,01 О кг/кг, содержится в топливе, остальное в количестве M =0,01 X X(2,67C + 8H + Sc-О) нужно подать с воздухом. Плотность кислорода в нормальных условиях равна 1,43 кг/м (молекулярная масса, деленная на объем 1 киломоля, т.е. 32/22,4), содержание кислорода в сухом воздухе составляет по объему 0,21. Следовательно, объем воздуха (приведенный к нормальным условиям), теоретически необходимого для полного сжигания 1 кг топлива, равен, в м/кг,

= 0,033 (2,67C + 8H+S,-0).

(16.3)

Выше указывалось, что теплоту, выделяющуюся в реакции горения, принято относить к единице массы топлива, называя теплотой его сгорания. Поскольку в реакции в равной мере участвуют и горючие элементы (топливо), и кислород (воздух), эту теплоту можно отнести и к единице массы воздуха. Расчеты показывают, что отнесенная к единице полностью прореагировавшего воздуха теплота сгорания различных топлив несколько различается, однако в среднем ее можно принять равной 3,8 МДж на

1 м (в нормальных условиях) действительно прореагировавшего воздуха. Эта цифра удобна для приближенных расчетов, обеспечивающих точность в пределах 10-15 %. Поэтому для оценочных расчетов можно принять V =Q,V3,8.

Поскольку равномерно перемешать воздух с топливом трудно, в топку приходится подавать больше воздуха, чем необходимо теоретически. Отношение количества воздуха V,. действительно поданного в топку, к теоретически необходимому V называется коэффициентом избытка воздуха:

а = 1/,/1/ . (16.4)

При нормальной организации топочного процесса ав>1, причем чем совершеннее топка и лучше горелочные устройства, тем меньше приходится подавать лишнего воздуха. В лучших топочных устройствах ав= 1,05+1,1, в плохих - до 1,3-1,5.

162. ОБЪЕМЫ И СОСТАВ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ

При проектировании теплотехнических агрегатов нужно знать количество образующихся газов, чтобы правильно рассчитать газоходы, дымовую трубу, выбрать устройство (дымосос) для удаления этих газов и т. д. Как правило, количества продуктов сгорания (как и подаваемого воздуха) относят на единицу топлива (на 1 кг для твердого и жидкого и на 1 м в нормальных условиях для газа). Их рассчитывают исходя из уравнения материального баланса горения. Для грубых оценок можно считать, что в нормальных условиях объем продуктов сгорания V, твердого и жидкого топлив равен объему воздуха Vb, а газообразного топлива Ve-hl, ибо объем основной составляющей дымовых газов - азота, так же как и избыточного кислорода, при горении не меняется. В реакциях (16.2) объем газов тоже остается постоянным. Для более точных расчетов необходимо все же учитывать, что при сжигании твердого топлива Vr> > Vb (обычно на 15-25 %) прежде всего из-за испарения содержащейся в нем влаги, а также из-за образования во-

дяного пара при сгорании водородсодер-жащих соединений.

При полном сгорании

+ 0,21 (ав-1) 1. (16.5)

Здесь 0,21 ( 8-1) - избыточный кислород воздуха, транзитом проходящий в продукты сгорания; 0,79aaV - азот воздуха, также проходящий транзитом (азотом топлива пренебрегаем); Krq = Vqq + VjQ - объем сухих трехатомных продуктов сгорания.

Поскольку при сгорании 1 кмоля углерода и серы (соответственно 12 и 32 кг) по реакциям (16.2) образуется по 1 кмолю СО2 и SO2, а объем 1 кмоля идеального газа в нормальных условиях равен 22,4 м, то объем трехатомных продуктов сгорания, м/кг, можно записать

= (0,01С712 + 0,01532) 22,4 =

= 0,0168 (C + 0,375S). (16.6)

При сгорании 1 кг водорода по реакции (16.1) образуется 9 кг водяного пара, кроме того, испаряется и влага топлива. В идеально-газовом приближении плотность водяного пара в нормальных условиях равна 18/22,4 = 0,805 кг/м*. Водяным паром, содержащимся в воздухе (около 10 г на I м), можно пренебречь. Следовательно,

Кно = 0,01 И 9/0,805 + 770,805 =

= 0,lilH + 0,124U (16.7)

Для всех топлив СССР значения V , VjjQ и Q табулированы.

Приведенные формулы позволяют рассчитать также состав продуктов сгорания, т. е. процентное содержание в нем отдельных компонентов, например концентрацию кислорода 0.)= lOOVoj/Vr, во дяного пара Н,20= [00V /Vr и т. д.

16.3. ЭНТАЛЬПИЯ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ. Я,/-ДИАГРАММА

В соответствии с уравнением (5.3) первого закона термодинамики, количество теплоты, отдаваемой потоком газов в теплообменнике, равно разности энтальпий газов до и после теплообменника (изменением скоростного напора можно пренебречь, а техническая работа не совершается). Поэтому основой тепловых расчетов топливоиспользующих устройств является энтальпия продуктов сгорания, которую принято рассчитывать на единицу количества топлива, из которого получились эти продукты , т. е.

16.8)

Здесь / - температура, °С, сг - средняя в диапазоне температур О - / °С теплоемкость продуктов сгорания при постоянном давлении, отнесенная к единице их объема в нормальных условиях, Дж/(м-К). Энтальпия Яг измеряется в Дж/кг или Дж/м . Удельная (отнесенная к I м в нормальных условиях) теплоемкость дымовых газов чуть больше, чем воздуха, поскольку вместо двухатомного кислорода в них появляются более теплоемкие трехатомные СО2 и Н2О, однако разница не превышает 5-10 %. Как и у всех газов, теплоемкость продуктов сгорания заметно возрастает с температурой. Для более точных расчетов ее можно найти по составу смеси газов:

+ СО/СО, + HjOHO

(16.9)

где ci и г, - удельные (на единицу объема) теплоемкости и объемные концентрации компонентов.

Поскольку объем продуктов сгорания Vr увеличивается с увеличением ав, то их энтальпия при принятом методе расчета

. Чтобы отличить от принятой в термодинамике удельной энтальпии, отнесенной к 1 кг рабочего тела, энтальпию продуктов сгорания обозначают Н, а не Л,

г, -г

500 WOO 7500 t,C

1ис. I(U. ./-диаграмма продуктов сгорания природного га.та

(на единицу кодичества топлива, а не продуктов сюрапия) при этом также увеличивается.

Расчеты теплообменников удобно вы-псынять с помощью А/,/-диаграммы, иредсгапляющей собой ряд ;щний, дающих зависимость энтальпии продуктов сго1)ания Н, от их температуры при разных значениях а. . Для примера на рис. 10.1 построена Я,/диаграмма для продуктов сгорания природного газа (газопровод Бухара - Урал).

Прежде всего по Я,/-диаграмме можно определить температуру, которую имели бы продукты сгорания при условии, что вся теплота горения затрачивается только на их нагрев, а теплопотери отсутствуют. Эта температура называется адиабатно й, поскольку горение осупцчтвляется в адиабатно-изолированной системе, без тсплопотерь. Если продуктов неполного сгорания нет, теп-./юта из зоны горения не отводится и сжигание организовано в потоке (практически при p = const), то в соответствии с уравнением (.S..3) количество выделяющейся при сгорании теплоты равно Э1гга.(ыти п[)одуктов сгорания:

= + , +/Z, (16.10)

luJiH гемисратура воздуха / т и топлива (/,.,) па входе в топку равны пулю, то их энтальпии Я = /гт1 = 0 и ; = Q[.

Откладывая па ,/-;1,иаграмме значение Hy=qu найдем на пересечении с криг. )й, построснпой для выбранного значения а , соответствующук адиабатную температуру. Например, значениям ав=1,25 и Q[ = ,36,7 МДж/м соответ-

ствует точка А на рис. 16.1, т.е. t = 1700 °С. Естественно, адиабатная температура будет максимальной для с т е-хи о метрической смеси,

т. е. для ав= 1. Она называется теоретической /т. В примере на рис. 16.1 /т = 2000 °С. С увеличением ав в продуктах сгорания появляется лишний воздух, на нагрев которого также затрачивается теплота, поэтому адиабатная температура уменьшается. Теоретическая температура горения некоторых газообразных топлив в холодном воздухе, рассчитанная без учета диссоциации, составляет:

Газ .

/ С

Газ .

I., -С

СО 2370

И. 2230

2о:)о

продолжение

Коксовый Природный Доменный 2090 2020 1410

Действительная температура оказывается тем ниже адиабатной, чем больше теплопотери (в основном излучением) из зоны горения на холодные стены топки и в окружающую среду, и обычно отличается от нее на 20-25 %. При нагреве воздуха или обогащении его кислородом адиабатная температура увеличивается.

В процессе сгорания топлива в топочной камере теплота может передаваться конвекцией и излучением нагреваемому материалу в печах или охлаждающим поверхностям в котлах. В результате газы охлаждаются, их энтальпия снижается. Этот процесс на рис. 16.1 изображается линией ав = = const. Например, при охлаждении в топке продуктов сгорания до 1100°С и неизменном коэффициенте избытка воздуха ав=1,25 (линия АВ) их энтальпия снижается до 22,5 МДж/м. В соответствии с уравнением (5.5) теплота, отдаваемая продуктами сгорания в процессе их охлаждения (в расчете на единицу количества сгоревпгего топлива), равна уменьшению их энтальпии, т. е.

q,Hr-H7, (16.11)

где Нг и -энтальпии газов соответственно до и после теплообменника.

Теплотехник,-!

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 [ 42 ] 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74

ООО «Мягкий Дом» - это Отечественный производитель мебели. Наша профильная продукция - это диваны еврокнижка. Каждый диван можем изготовить в соответствии с Вашими пожеланияи (размер, ткань и материал). Осуществляем бесплатную доставку и сборку.



Звоните! Ежедневно!
 (926)274-88-54 
Продажа и изготовление мебели.

Копирование контента сайта запрещено.
Авторские права защищаются адвокатской коллегией г. Москвы.