Ограничения и допущения, принимаемые в технических расчетах

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 7Следующая ⇒

Все расчеты ведутся на единицу топлива (1 кг для твердого и жидкого и 1 м³ для газообразного топлива). Газовые объемы рассчитываются при нормальных условиях, т. е. при температуре 20 °С и давлении 760 мм. рт. ст. Объем одного моля газов в этих условиях принимают равным 22,4 м³. В качестве окислителя используют атмосферный воздух, состав которого принимают неизменным: 21 % кислорода и 79 % азота по объему. Соотношение азота и кислорода воздуха представляют в виде константы

Рассмотрим точные расчеты горения топлива, основанные на стехиометрических соотношениях горючих составляющих и окислителя. Такие расчеты принято называть аналитическими.

Определение расхода воздуха

В качестве первого примера рассмотрим горение газообразного топлива, состоящего из 98 % СН₄ и 2 % N₂. Горючей составляющей данного топлива является

метан, который будет окисляться по реакции: СН₄ + 2О₂ = СО₂ + 2Н₂О.

Из реакции следует, что для сжигания 1 моль СН₄ требуется 2 моль О₂. Объем 1 моль любого газа одинаков для всех газов и при нормальных условиях равен 22,4 м³, следовательно для сжигания 1 м³ СН₄ требуется 2 м³ О₂. В рассматриваемом примере в 1 м³ газа содержится 0,98 м³ СН₄, для сжигания которого потребуется 0,98 ∙ 2 = 1,96 м³ О₂. Количество азота в воздухе определяется с учетом константы и равно 1,96 ^.3,762 = 7,37 м³. Расход воздуха для сжигания 1 м³ газа указанного состава будет равен 1,96 + 7,37 = 9,33 м³.

Вторым примером рассмотрим горение 1 кг углерода, который окисляется по реакции: С + О₂= СО₂. Из реакции следует, что для оксиления 1 моль С требуется 1 моль О₂. По условию примера в реакции окисления будет участвовать моль С. Поэтому для его окисления также потребуется 83,33 моль О₂. Следовательно, объем требуемого кислорода составит 83,33 ^. 22,4 = = 1,87 м³. Количество азота в воздухе составит 1,87 ^.3,762 = 7,02 м³. Расход воздуха для сжигания 1 кг углерода будет равен 1,87 + 7,02 = 8,89 м³.

Если в состав топлива входит некоторое количество кислорода, то при горении топлива он может участвовать в реакциях окисления, поэтому из суммарного объема кислорода, необходимого для сгорания топлива, следует вычесть объем кислорода топлива.

Определение количества и состава продуктов сгорания

Рассмотрим пример горения газа (98 % СН₄ и 2 % N₂) сначала при коэффициенте расхода воздуха, равным 1. Определим последовательно количества каждой составляющей продуктов сгорания. При сжигании 1 м³ СН₄ образуется 1 м³ СО₂ и 2 м³ Н₂О, а при сжигании 0,98 м³ СН₄ образуется 0,98 м³ СО₂ и 1,96 м³ Н₂О.

Кроме того, вносится азота:

с воздухом . . . . . 1,96 ∙ 3,762 = 7,37 м³(см. выше)

с газом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 0,02 м³

––––––––––––––––––––––

Итого . . . . . . 7,39 м³.

Полное количество продуктов сгорания: 0,98 + 1,96 + 7,39 = 10,33 м³.

Состав продуктов сгорания будет следующий, %:

СО₂. . . . . . . . ∙ 100 = 9,49

Н₂О. . . . . . . . ∙ 100 = 18,97

N₂. . . . . . . . . ∙ 100 = 71,54

–––––––––––––––––––––––––––––––

Итого. . . . . . . . . . . . . 100 %.

При сжигании газа с коэффициентом расхода воздуха, большим единицы, количество и состав продуктов сгорания изменяются. Например, при n = 1,2 в продуктах сгорания газа рассматриваемого состава будет 0,98 м³ СО₂; 1,96 м³ Н₂О; 1,96 ∙ 1,2 – 1,96 = 0,39 м³ О₂ и 1,96 ∙ 1,2 ∙ 3,762 + 0,02 = 8,86 м³ N₂.

Полное количество продуктов сгорания: 0,98 + 1,96 + 0,39 + 8,86 = 12,19 м³.

Состав продуктов сгорания будет следующий, %:

СО₂. . . . . . . . ∙ 100 = 8,04

Н₂О. . . . . . . . ∙ 100 = 16,08

О₂. . . . . . . . . . ∙ 100 = 3,20

N₂. . . . . . . . . ∙ 100 = 72,68

–––––––––––––––––––––––––––––––

Итого. . . . . . . . . . . . . 100 %.

Правильность выполненного расчета горения топлива проверяют методом составления материального баланса этого процесса. Для рассмотренного выше примера горения в воздухе газа (98 % СН₄ и 2 % N₂) при n = 1 материальный баланс будет выглядеть следующим образом:

Поступило, кг: Получено, кг:

СН₄. . . . . . . 0,98 ∙ 16 / 22,4 = 0,7 СО₂. . . . . . 0,98 ∙ 44 / 22,4 = 1,93

О₂. . . . . . . . . 1,96 ∙ 32 / 22,4 = 2,8 Н₂О. . . . . . 1,96 ∙ 18 / 22,4 = 1,57

N₂. . (7,37 + 0,02) ∙ 28 / 22,4 = 9,24 N₂. . . . . . . 7,39 ∙ 28 / 22,4 = 9,24

–––––––––––––––––––––––––––––– ––––––––––––––––––––––––––––––

Итого. . . . . . . . . . 12,74 Итого . . . . . . . . . . . . 12,74

При составлении материального баланса погрешность не должна превышать 0,5 %.

Дата добавления: 2019-01-14; просмотров: 506; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!