Сайт студентов физиков для студентов физиков!
Главная Учебные материалы по физике Расчет температур горения топлива

Расчет температур горения топлива

Wp

0,0263

Wp

Ас = 20–30%

0,007

0,06

0,97

Ас > 30%

0,40

0,0086

8, 0

Каменные угли:

Ас < 20%

1,15

0,0287

Wp

Ас = 20–30%

0,2627

0,007

0,06

0,97

0,0263

Ас > 30%

0,40

0,0086

0

Антрацит

0,2627

0,007

0

0,40

0,0086

0

Кокс

0,2627

0,007

0

0,40

0,0086

12,0

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:

(1.34)

Физическая сущность каждого слагаемого этого уравнения определяется следующим образом.

Приходная часть теплового баланса:

– тепловая энергия химического горения топлива, оцениваемая по теплоте его сгорания. Это слагаемое отражает главный источник тепловой энергии, обеспечивающий технологический процесс;

– тепловая энергии подогретого воздуха, обеспечивающего горение топлива. Подогретый воздух позволяет снизить общий расход топлива на процесс, повысить температуру горения топлива, что обычно приводит к интенсификации процессов теплообмена. Количество тепловой энергии, определяемое этим слагаемым баланса, зависит от расхода воздуха на единицу сжигаемого топлива — теплоемкости воздуха — и температуры его подогрева — , т. е.:

(1.35)

Естественно, чем выше температура подогрева, тем ощутимее проявляются преимущества использования подогретого воздуха. Сведения об объемной теплоемкости воздуха приведены в табл. 1.2;

– тепловая энергии подогретого топлива. Анализ этого слагаемого теплового баланса аналогичен предыдущему. За счет физической тепловой энергии топлива удается снизить расход топлива на процесс, повысить температуры горения. Численное определение этого слагаемого производится по формуле:

(1.36)

Значимость доли этой тепловой энергии возрастает с ростом температуры подогрева топлива — . Данные об объемных теплоемкостях некоторых газообразных видов топлива — , содержатся в той же табл. 1.2.

Таблица 1.2.– средняя теплопроводность газообразных видов топлива и воздуха

t,0С

ср, кДж/(м3К)

t,0С

ср, кДж/(м3К)

П

К

Д

В

П

К

Д

В

0

1,55

1,35

1,33

1,29

700

2,36

1,69

1,43

1,36

100

1,64

1,39

1,34

1,29

800

2,45

1,66

1,45

1,38

200

1,76

1,43

1,35

1,31

900

2,56

1,70

1,46

1,39

300

1,90

1,47

1,37

1,32

1000

2,66

1,73

1,48

1,40

400

2,02

1,51

1,39

1,33

1100

1,76

1,49

1,41

500

2,14

1,55

1,41

1,34

1200

1,79

1,50

1,42

600

2,27

1,59

1,42

1,35

1300

1,81

1,51

1,43

Примечание. П – природный, К – коксовый, Д – доменный газы, В – воздух. Теплоемкость смеси газов обычно определяют по правилу аддитивности.

– тепловая энергия, вносимая подогретыми материалами. При расчете этого слагаемого учитывается и теплота экзотермических реакций, протекающих в самом материале.

Приведенные слагаемые теплового баланса составляют его приходную часть.

Расходная часть теплового баланса:

– тепловая энергия, израсходованная на нагрев, плавление материалов, подвергшихся тепловой обработке. В это же слагаемое включаются затраты тепловой энергии на осуществление эндотермических реакций;