Calculation combustion fuel

1.АНАЛИТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА
Определяется расход воздуха, количество и объемный вес продуктов горения на
единицу топлива и температура горения. Составляется материальный баланс процесса
горения топлива и рассчитывается теплота сгорания. Рассмотрим сущность этого
расчета на конкретных примерах.
ПРИМЕР № 1:
Спроектировать камерную печь с выдвижным подом для отжига заготовок
размером 600х700х800 мм из стали 5ХНГ. Производительность печи 40 тонн за садку.
Топливо — полукоксовый газ состава:
СО
СГ
2
СН
11.2
2.8
2
СГ
4
О
СГ
2
0.4
СО
СГ
2
7.2
Н
СГ
2
20.9
СН
СГ
4
47.3
N
q
СГ
2
H 2O
10.2
20
г / м3
Температура подогрева воздуха в рекуператоре 500 оС.
Определить расход воздуха, объемный выход продуктов сгорания, температуру
горения данного газа и его теплотворную способность.
Перед началом аналитического расчета необходимо установить коэффициент
расхода воздуха. Коэффициент расхода воздуха определяется видом топлива и типом
выбранного топливосжигающего устройства (табл. 1).
Таблица 1
Выбор коэффициента расхода топлива
Топливо
Доменный,
газогенераторный,
коксодоменный,
природный газ
Все
виды
газообразного
топлива
Мазут, смола
Топливосжигающее
устройство
Длиннопламенные
горелки *
*
q
Q
3
p
100%
H
1.15 — 1.30
2—3
Короткопламенные
горелки **
1.05 — 1.15
1—2
Форсунки ***
1.15 — 1.35
2—3
* Применять значения коэффициента расхода воздуха (  ) меньшее для горелок
и форсунок, дающих лучшее перемешивание топлива с воздухом, большее при
худшем перемешивании.
** В термических печах короткопламенные горелки рекомендуется направлять
на кладку, например, на свод и использовать косвенную передачу тепла металлу или
производить полное сжигание топлива до выхода газов в рабочее пространство.
*** В термических печах мазут рекомендуется сжигать в топках, отделенных от
рабочего пространства.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАСХОДА ВОЗДУХА
Для данной печи применяют горелку с регулируемой длиной факела. Эта
горелка может работать как короткопламенная и как длиннопламенная. Принимаем
 =1.15, при этом относительный химический недожог топлива будет составлять
q
Q
3
p
100=2 %.Температура воздуха, поступающего в воздухопровод, равна 22
o
С.
H
Согласно справочным данным в насыщенном воздухе при данной температуре
С . В.
находится
q
_ паpа
 21. 5 мг_3 водянного
_ сухого _ воздуха .
H 2O
1. Определение объема кислорода, необходимого для полного сжигания газа.
V
O2
V
n

 м 3О

 0.010.5 СО  Н 2  3 Н 2 S   m   CmHn  O2 3 2

4

 м газа


С .Г .
O2
 0.01( 0.5 CO
C .Г .
 0.5 H 2
С .Г .
 2 CH 4
С .Г .
 3 С2 H 4
 0.01( 0.5  7.2  0.5  20.9  2  47.3  3  2.80  0.4)  117
.
2. Определение теоретического расхода воздуха.
L
O
м3воздуха
;
м3 газа
 ( K  1)V
O2
L
O
 4.76  117
.  5.6
С .Г .
 O2 ) 
м3О2
м3 газа
м3воздуха
м3 газа
3. Определение действительного расхода сухого воздуха.
L    L
O
м3воздуха
;
м3 газа
L
м3воздуха
 115
.  5.6  6.45
м3 газа
4. Определение действительного расхода влажного воздуха.
с.в.
м3воздуха
в.в.
м3воздуха
в.в.

(
1

0
.
00124

)

(
1

0
.
00124

215
.
)

6
.
45

6
.
8
;
q
L
L
H O L
м3 газа
м3 газа
2
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЪЕМНОГО ВЫХОДА ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ
1. Определение CO 2 в продуктах сгорания.
V
V

RO2

CO 2

 0.01 CH 4  mCmHn  CO  CO2  H 2 S  SO2
С.Г .
 0. 01(CO 2
 CO
С.Г .
 CH
 0. 01(11. 2  7. 2  47. 3  2  2. 8)  0. 71
С.Г .
4
С.Г .
 2C 2 H 4 ) 
м3CO2
м3 газа
2. Определение количества N 2 в продуктах сгорания.

м3CO2
м3 газа
V
С .Г .

N2
3
KV
O2
 0.01 N
С. Г .
2
м N2
3
м газа
; V СN. Г .  376
.  115
.  117
.  0.01  10.2  515
.
2
м3 N 2
м3 газа
3. Количество избыточного О 2 в продуктах сгорания.
V
м3О2
;
м3 газа
   1VO2
изб .
O2
V
изб .
O2
м3О2
 015
.  117
.  018
.
м3газа
4. Объем водяных паров в продуктах сгорания при теоретическом расходе
воздуха.
3
n

 С. Г .
  м H2O
С . В.
O
.  q  q LO  3
V H O  0.01 H 2  H 2S  4 CmHn  0124
H O
 HO
  м газа
2
V
2
2
 0.01( H 2  2CH 4С.Г .  2С2 H 4С.Г . )  0.00124( q
С .Г .
O
H2O
H2O
С .В .
q
 LO ) 
H2O
м3 H 2O
 0.01( 20.9  2  47.3  2  2.8)  0.00124( 20  215
.  5.6)  121
.  017
.  14
. 3
м газа
5. Объем водяных паров в продуктах сгорания при практическом расходе
воздуха.
V
V

H2O

H2O
V
O
H2O
  1 L

O
0.00124q
С . В.
H2O
 14
.  015
.  5.6  0.00124  215
.  142
.
м3 H 2 O
м3 газа
м3 H 2 O
м3 газа
6. Объем продуктов сгорания.
V
в. д.
V
в. д.

 V RO2  V


N2
 V H2 O  V
 0.71  515
.  142
.  018
.  7.46
изб .
O2
м3в. дыма
м3 газа
м3в. дыма
м3газа
7.Состав продуктов сгорания при полном горении.
V
CO 2
 100
V co
2

;
V
V
V
;V
V  100
V
в. д.
H2O
H2O
в. д.
CO
2
9.56
V N2
0.71
515
.
 100
 9.52% ; VN 2  100
 69%
; VN 2  100
в. д .
7.46
7
.
46
V
CO 2

142
.
H 2 O  100
 19% ;
7.46
N
2
69
V
V  100  ; V
V
O2
O2
O2
 100
H2O
HO
2
19
Составим материальный баланс топлива на 100 м3 газа.
ПРИХОД:
O
изб.
2
2.42
018
.
 2.42%
7.46
% СO 2  MCO2
кг;
22.4
28  2. 8
GC2H 4  22. 4  3. 5 кг;
20. 9  2
GH 2  22. 4  1. 86 кг;
G

CO2
M
112
.  44
 22 кг;
22.4
47. 3 16
GCH 4  22. 4  33. 7 кг;
72  2. 8
GCO  22. 4  9 кг;
G
CO2

— молекулярный вес CO 2
CO 2
10. 2  28
 13 кг;
22. 4
0. 4  32
GO2  22. 4  0. 57 кг;
G
N2

Влага топлива:
С.Г .
q
H2O
 1001000  20  0,1  2 кг
Воздух сухой:
L   M 100  6. 45  29 100  836 кг
22. 4
22. 4
Влага воздуха:
с. в.
q
H 2O
 L  100
 21. 5  6. 45  0.1  13. 42 кг
1000
компонент СО СГ
2
ы
кг
СН
2
22
СГ
4
3.5
О
СГ
2
0.57
СГ
СГ
2
4
СО СН
9
1.86
Н
СГ
2
33.7
N
СГ
2
влага
топл.
возд.
сух.
Влага
в-ха
2
836
13.42
13
ИТОГО: 935.05 кг
РАСХОД:
G
V

в .д .
CO2

CO2

M
CO2
22.4
V N2  M N2
 100 кг;
G
в.д.
G
в.д.
G
в.д .
G
в.д.

0.71  44
 100  140 кг;
22.4

515
.  28
 100  642 кг;
22.4
CO2

G
в.д .
N2

 100 кг;
22.4
V H2O  M H2O
N2

G
G
в.д .
H2O
в.д .
O2


22.4
V

O2

M
22.4
O2
 100 кг;
 100 кг;
H2O
O2


142
.  18
 100  114 кг;
22.4
018
.  32
 100  25.7 кг
22.4
ИТОГО: 921.7 кг
Компоненты
кг
CO
в. д.
2
HO
140
114
2
в. д.
N
в. д.
2
643
O
2
257
неувязка
ИТОГО
13.35
935.05
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НИЗШЕЙ ТЕПЛОТЫ СГОРАНИЯ ПОЛУКОКСОВОГО ГАЗА
Q
P
 Q H  K ; где
С .Г .
H
K
100  VH 2 O

;
100
С .Г .
V
H2O

100  q H O
2
С .Г .
803,6  q H O
;
2
С.Г .
Q
H
С.Г .
 3018
. COC. Г .  25.79 H 2
 8555
. СН С4 . Г .  14107
. С2 Н
 3018
.  7.2  25.79  20.9  85.55  47.3  14107
.  2.8  5180
Q
P
H
 5180  0.976  5050
С. Г .
4
 55.2 H 2 S
С.Г .

ккал
;
м 3 газа
ккал
.
м 3 газа
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ГОРЕНИЯ ТОПЛИВА
Относительный химический недожог, обусловленный неудовлетворительным
смешиванием газа и воздуха, принят для данной горелки
P
q
Отсюда данный недожог будет равен

3
2  QH
100
 101
q
Q
3
p
100 =2 %.
H
ккал
.
м3 газа
Физическое тепло, вносимое подогретым воздухом (приложение 2) составит:
ккал
500C
ккал
сухим воздухом — Q с.в.  io  L  3
; Qс.в.  160.35  6.45  1030 3
м газа
м газа
ккал
ккал
500 C
в.в.
влагой воздуха — Q H O  io ( L  L ) 3
; Q H2O  189.85  0.35  66 3
м газа
м газа
Вносится влажным воздухом тепла:
ккал
ккал
Qв.вх.  Qс.в.  QH2O м3газа ; Qв.вх.  1030  66  1100 м3газа
Общий приход тепла:
б
P
ккал
Qобщ  Q H  Qв.вх.  q3 м3газа ; Qбобщ  5050  1100  101  6050 мккал
,
3
газа
2
б
что соответствует:
 iK  iв  q3
общ
б
i
i
б
общ
Q

V
общ
в. д.
;
ккал
м пpодуктов _ сгоpания ;
3
б
i

общ
6050
ккал
 820 3
7.46
м пpодуктов _ сгоpания .
По известному теплосодержанию, с помощью i  t
температуру горения.
it
Рис.1.1. Общий вид
диаграмм /1/ определяют
диаграмм
Содержание избыточного воздуха V L  L  Lo  100% . Практическая температура
V
t п    to , где  - пирометрический коэффициент (эмпирическая величина).
ПРИМЕР № 2:
Топливо — мазут состава:
С
Г
Н
Г
О
Г
N
Г
S
P
W
P
87.4
11.2
0.3
0.6
0.5
2
Температура подогрева воздуха в рекуператоре равна 500 oС,
A
C
0.1
  1. 25 .
Относительный химический недожог, обусловленный неудовлетворительным
смешиванием мазута и воздуха, принят
q
Q
3
P
100  2% . Температура воздуха,
H
поступающая в воздухопровод, равна t в  22o C . Содержание в нем влаги
H 2O с.в.  21. 5
г
.
м3
Пересчитаем мазут данного состава на рабочую массу. Для пересчета
используется таблица 2.
Таблица 2
Заданная
масса
Масса топлива, на которую ведется пересчет
топлива
органическая
условная
горючая
сухая
рабочая
1
100  S Г
100
100  ( S C  A C )
100
100  ( S P  A P  W P )
100
100  A C
100
100  ( A P  W P )
100
100 W P
100
органическая
условная
горючая
сухая
рабочая
100
1
100  S Г
100
100
Г
C
100  ( S  A )
100  A C
100
100
P
P
100 ( S P  A P  W P ) 100  ( A  W )
1
100
100W P
1
Содержание золы в рабочей массе топлива:
P
100  2
P
P
C 100  W
A  A  100 % ; A  01.  100  0.098% ;
Коэффициент пересчета с горючей массы топлива на рабочую:
A W
K  100  (100
P
P
)
;K 
100  ( 0.098  2)
 0.979 ;
100
Содержание компонентов в рабочей массе топлива:
P
P
P
P
H  K  H Г % ; H  0.979 12.  11% ; O  K  OГ % ; О  0.979  03.  0.29% ;
P
P
P
P
; S  K  S Г % ; S  0.979  0.5  0.789% ;
.
C  K  С Г % ; C  0.979  87.4  8553%
P
P
N  K  N Г % ; N  0.979  0.5  0.58% .
Результаты расчета состава рабочей массы топлива
1.
CP
HP
OP
NP
SP
AP
85.53
11
0.29
0.58
0.489
0.098
Определение
О,
2
2
2
необходимого
P
2
для сжигания
3
топ.
P
P м
.
O )
;
V O  V RO  0.056  ( H  0125
кг
м3
топ.
.
 0.056  (11  0125
.
 0.29)  2.22
;
V O2  1603
кг
2. Определение теоретического расхода воздуха.
3
м3
топ. м

4
.
76

2
.
22

10
.
5
;
LO  ( K  1) V O кг ; LO
кг
3. Определение действительного расхода сухого воздуха.
м3
м3
с .в.
с .в.
.
;
L    LO кг ; L  1.25  10.5  121
кг
4. Определение действительного расхода влажного воздуха.
2
объема
W
мазута.
м3
м3
в.в.
L  (1  0.00124  qH2O )  L кг ; L  (1  0.00124  215. )  121.  12.4 кг ;
5. Определение объема CO2 в дымовых газах.
3
м3
P м
.  15
.
;
V CO2  0.0187  C кг ; V CO2  0.0187  8553
кг
6. Определение объема SO2 в дымовых газах.
3
м3
P м

0
.
007

;
V
SO

0
.
007

0
.
49

0
.
008
;
2
V SO2
S кг
кг
м3
.
;
V RO2  V CO2  V SO2  1603
кг
7. Определение количества N 2 в продуктах сгорания.
3
м3
топ.
P м
.   V O2  0.01  0.8  N
 376
. 115
.  2.22  0.008  058
.  9.6 ;
;
V N2  376
кг V N2
кг
8. Количество избыточного О2 в продуктах сгорания при LO .
3
м3
изб .
топ. м
изб .
.  2.22  0.32
;
V O2  (  1) V O кг ;V O2  015
кг
9. Объем водяных паров в продуктах сгорания при LO .
с .в.
в.в.

V
с. в.
 0. 01 (11. 2  H 1. 241 (W W Ф))  0. 00124  q
H O
O
P
P
H 2O
2
LO;
Wф (кг) — пар, используемый для распыливания мазута. В данном примере для
распыливания мазута применяется воздух, причем расход распылителя входит в
  125
. , т.е. WФ  0 .
м3
o
V H 2O  0. 01(11. 2 11  1. 244  2)  0. 00124  21. 5 10. 5  1. 53 кг
10. Объем водяных паров в продуктах сгорания при действительном расходе
влажного воздуха.
V

с.в.
 V H2O  0.00124 q
O
H2 O
H2 O
  1 LO

.  0.00124  215
.  015
.  10.5  1574
.
V H2O  153
м3
;
кг
м3
;
кг
11. Объем продуктов сгорания.
в. д.
V  V
RO 2
V

N2
V

H 2O
изб.
V O
2
м3
м3
в.д.
 1603
.  9.6  1574
.  0.32  131
.
;
;
кг
кг V 
Состав продуктов сгорания и материальный баланс определяется подобно
P
примеру 1. Материальный баланс составляется на 100 кг мазута. Определение Q H для
твердого и жидкого топлива производится по формуле Д. И. Менделеева:
P
ккал
Q H  81 C P  246 H P  26 OP  S P  6W P кг _ газа ;


Q
P
 81  8553
.  246  11  26   0.29  0.49  62  9620
H
Далее методика расчета подобна примеру 1.
ккал
.
кг _ газа