курсовая топливо. Расчет схемы получения энергоносителя для сушильной установки

• Название: Расчет схемы получения энергоносителя для сушильной установки
• Анкор: курсовая топливо
• Дата: 13.02.2022
• Размер: 399.32 Kb.
• Имя файла: Toplivo_k.docx
• Тип: Курсовая; #360270

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПРОМЫШЛЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ДИЗАЙНА»

ВЫСШАЯ ШКОЛА ТЕХНОЛОГИИ И ЭНЕРГЕТИКИ

Институт энергетики и автоматизации

Кафедра промышленной теплоэнергетики

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине

«Топливо и процессы горения в теплоэнергетических установках»
на тему:
РАСЧЕТ СХЕМЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЭНЕРГОНОСИТЕЛЯ ДЛЯ СУШИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
Вариант 18

Выполнил	студент учебной группы №436 Байузак Данияр Серикулы
	(фамилия, имя, отчество)
Проверил	Мисютина Кристина Геннадьевна
(должность, фамилия, имя, отчество)

Санкт-Петербург

2021

Оглавление

Цель работы 3

Описание расчетной схемы 3

Исходные данные 5

Порядок расчета схемы получения энергоносителя для сушильной установки 6

Расчет схемы получения энергоносителя для сушильной установки 7

Библиографический список 17

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

• 
  Расчёт процесса горения различных видов топлива
  
• 
  Составление материального и теплового баланса процесса горения
  
• 
  Определение теоретических и действительных объёмов воздуха, необходимого для сгорания топлива, и продуктов сгорания
  
• 
  Расчёт температуры в камере сгорания
  

ОПИСАНИЕ РАСЧЁТНОЙ СХЕМЫ

Установка предназначена для получения горячего сушильного агента, представляющего собой смесь продуктов сгорания и воздуха, для группы сушильных установок.

Схема процесса горения топлива и последующего разбавления продуктов сгорания воздухом с целью получения энергоносителя в виде смеси горячих газов в заданном количестве и с заданной температурой представлена на рис.1.

В камеру сгорания подаются топливо и окислитель (воздух). Образовавшиеся в процессе горения продукты сгорания поступают в камеру смешения, где разбавляются дополнительным воздухом с целью получения энергоносителя с заданной температурой. Полученный энергоноситель поступает к потребителю (для сушки топлива или других сыпучих материалов).

Рис. 1. Расчётная схема

Условные обозначения на рис. 1:

В_т – расход топлива (кг/с; м³/с); t_т – температура топлива (ºС); d_т – влагосодержание топлива (кг/кг; кг/м³); G_в – расход воздуха (окислителя), подаваемого в камеру сгорания (м³/с); t_в – температура воздуха, подаваемого на горение (ºС); d_в – влагосодержание воздуха (кг/м³); q₃, q₄, q₅, q₆ – потери теплоты в камере сгорания, соответственно, с химическим недожогом, механическим недожогом, в окружающую среду (через обмуровку) и с физическим теплом шлака (%); G_ксг – расход продуктов сгорания (м³/с); – температура дымовых газов на выходе из камеры сгорания (ºС); I_ксг – энтальпия продуктов сгорания (кДж/кг; кДж/м³); G_в.см – расход воздуха, подаваемого в камеру смешения для разбавления продуктов сгорания (м³/с); t_в.см – температура воздуха, подаваемого в камеру смешения (ºС); q_5.см – потери теплоты в окружающую среду в камере смешения (%); G_эн – расход энергоносителя после камеры смешения (м³/с); – температура энергоносителя (ºС); I_эн – энтальпия энергоносителя (кДж/кг; кДж/м³).

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ ДЛЯ РАСЧЁТА

Расход энергоносителя G_эн = 1,8 м³/с

Температура энергоносителя = 750

Температура воздуха = 30

_{Потери тепла в} камере сгорания = 1 %

Потери тепла в камере смешения = 2,5 %

Влагосодержание воздуха d_в = 0,01 кг/м³

Вид топлива – Искусственный газ

Бассейн/марка – Генераторный

Состав топлива:

CH₄ = 0,5 %

H₂ = 49 %

CO = 42 %

N₂=3.5 %

Определить:

• 
  Расход топлива – B_т, кг/с;
  
• 
  Объёмный расход воздуха, подаваемого в камеру сгорания – G_в, м³/с;
  
• 
  Объёмный расход воздуха, подаваемого в камеру смешения для обеспечения заданной температуры энергоносителя – G_в.см, м³/с;
  
• 
  Температуру газов за камерой сгорания – , ºС;
  
• 
  Состав газов за камерой смешения, %;
  

ПОРЯДОК РАСЧЁТА СХЕМЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЭНЕРГОНОСИТЕЛЯ ДЛЯ СУШИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

1. 
   Исходя из заданного вида топлива и его состава, определить теплоту сгорания топлива .
   
2. 
   Рассчитать теоретический объём воздуха , необходимый для полного сгорания топлива, и теоретический объём продуктов сгорания .
   
3. 
   Выбрать оптимальное значение коэффициента избытка воздуха α и рассчитать действительные объёмы воздуха и продуктов сгорания _.
   
4. 
   Составить уравнение теплового баланса камеры сгорания, выбрать или рассчитать потери тепла в камере сгорания q₃, q₄, q₅, q₆ и определить температуру газов на выходе из камеры сгорания .
   
5. 
   Составить уравнение теплового баланса всего процесса и на его основе определить объём воздуха, необходимый для разбавления продуктов сгорания .
   
6. 
   Составить материальный баланс процесса и на его основе определить расход топлива B_т и объёмные расходы воздуха, подаваемого в камеру сгорания G_в и камеру смешения G_в.см.
   
7. 
   Рассчитать состав продуктов сгорания после камеры сгорания и состав энергоносителя после камеры смешения.
   

РАСЧЕТ СХЕМЫ ПОЛУЧЕНИЯ ЭНЕРГОНОСИТЕЛЯ ДЛЯ СУШИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

1. Теплота сгорания газообразного топлива (кДж/м³) рассчитывается с учётом объёмных долей и теплоты сгорания отдельных компонентов:



2. Теоретические объёмы воздуха (м³/м³) и продуктов сгорания газообразного топлива , , , (м³/м³) определяются, исходя из состава топлива на основе материального баланса процесса горения:













3.Действительные объёмы воздуха (м³/кг; м³/м³) и продуктов сгорания топлива , , , (м³/м³) рассчитываются с учётом выбранного коэффициента избытка воздуха:

1. 
   Выбор оптимального значения коэффициента избытка воздуха в камере сгорания α осуществляется в соответствии с рекомендациями, приведёнными в табл. 1.
   

Таблица 1

Расчетные характеристики камер сгорания

Топливо	Коэффициент избытка воздуха на выходе из камеры сгорания α	Потери теплоты c хим. недожогом q3 , %	Потери теплоты с мех. недожогом q4 , %
Антрацит	1,2 – 1,25	0,5 – 1	3 – 6
Полуантрацит	1,2 – 1,25	0,5 – 1	3 – 5
Тощий уголь	1,2 – 1,25	0,5 – 1	2 – 5
Каменный уголь	1,2 – 1,25	0,5 – 1	2 – 4
Бурый уголь	1,15 – 1,2	0 – 0,5	1 – 3
Фрезерный торф	1,15 – 1,2	0 – 0,5	1 – 3
Сланец	1,15 – 1,2	0 – 0,5	2 – 3
Мазут	1,05 – 1,1	0,5	0
Природный газ	1,05 – 1,1	0,5	0
Попутный газ	1,1 – 1,15	0,5 – 1	0
Генераторный, коксовый и доменный газ	1,05 – 1,1	0,5	0
Биогаз	1,05 – 1,1	0,5	0

Принимаем коэффициент избытка воздуха α = 1,1










4. Температура газов на выходе из камеры сгорания определяется из уравнения теплового баланса камеры сгорания:

(1)

где – располагаемая теплота, ;

– сумма потерь теплоты в камере сгорания, %;

– энтальпия продуктов сгорания, .

Располагаемая теплота газового топлива принимается равной низшей теплоте сгорания сухого газа , а для твёрдого и жидкого топливаучитывается физическая теплота топлива , которая зависит от температуры и теплоёмкости поступающего на горение топлива:

,

где – удельная теплоемкость топлива, кДж/(кг°C);  – температура топлива. Таким образом, уравнение теплового баланса (1) преобразуется следующим образом:

. (2)



%

Энтальпии теоретических объёмов воздуха и продуктов сгорания при коэффициенте избытка воздуха α=1,1 для всех видов топлива, определяются как:

;



В приведенных формулах: , , – энтальпии 1 м³ соответственно воздуха, трёхатомных газов, водяных паров и азота.

Таким образом, энтальпия продуктов сгорания при избытке воздуха >1 в камере сгорания:

=



При условии, что воздух состоит из 79 % азота и 21 % кислорода, а также имеет определённое влагосодержание, энтальпия продуктов сгорания:







;

.

Решение уравнения теплового баланса относительно температуры в камере сгорания в явном виде не имеет решения, поскольку входящие в это уравнение теплоёмкости продуктов сгорания сами являются функцией температуры .

Определить можно, используя метод последовательных приближений, или графоаналитический метод.

Из уравнения теплового баланса температура на выходе из камеры сгорания:

, ºС.

Запишем эту зависимость в виде двух функций:



Решение задачи относительно сводится к нахождению условий, при которых y₁ = y₂. Значение y₁ и y₂ рассчитываются не менее по трём значениям , близким к ожидаемому.

Средняя теплоёмкость воздуха и продуктов сгорания, в зависимости от температуры, приведены в табл. 3, при этом принимается равной .

Таблица 3



Табл. 3. Теплоемкость газов и воздуха

_{Исходя из уравнения теплового баланса камеры сгорания, рассчитаем энтальпию продуктов сгорания:}



Определим температуру в камере сгорания, используя метод последовательных приближений:

1. 
   Принимаем
   

2. 
   Принимаем
   

16,358

3. 
   Принимаем
   

4. 
   Принимаем
   

5. 
   Принимаем
   

Построив график (Приложение №1), выберем температуру в камере сгорания.

Пересечение прямой y₁ и расчётной кривой y₂ даёт искомую температуру на выходе из камеры сгорания .



5. Энергоноситель (сушильный агент), в данном случае, представляет собой смесь

• 
  продуктов сгорания топлива, полученных при α=1,
  
• 
  избыточного количества сухого воздуха,
  
• 
  сухого воздуха, вводимого в камеру смешения для разбавления
  

продуктов сгорания,

• 
  водяных паров, содержащихся в избыточном воздухе,
  
• 
  водяных паров, содержащихся в воздухе, подаваемом в камеру
  

смешения.



где: Q_в.см – тепло, вносимое в камеру смешения воздухом, предназначенным для разбавления продуктов сгорания, кДж/кг (кДж/м³);

q_5.см – потери тепла через обмуровку в камере смешения, %;

I_эн – энтальпия энергоносителя (смеси продуктов сгорания и воздуха), кДж/кг (кДж/м³).

Теплота, вносимая в камеру смешения воздухом, предназначенным для разбавления продуктов сгорания , складывается из теплоты сухого воздуха и водяных паров, содержащихся в нём :



При этом





где – объём сухого воздуха, необходимого для разбавления продуктов сгорания, отнесенный к 1 кг (1 м³) топлива, ;

– удельный объём водяного пара;

, – теплоёмкость сухого воздуха и водяных паров при температуре t_в ,

d_в – влагосодержание воздуха, .

Таким образом:

(4)

Энтальпия теоретического объёма продуктов сгорания в энергоносителе:

(5)
Энтальпия воздуха, поступающего с дымовыми газами из камеры сгорания в камеру смешения, представляет собой сумму энтальпий сухого воздуха и водяных паров :

(6)



где и – средние в интервале температур от t_в до теплоёмкости соответственно сухого воздуха и энергоносителя (t_ср= 440 ^oC).



где и – определяются по температуре энергоносителя .

Энтальпия энергоносителя, кДж/кг (кДж/м³):



Энергоноситель (сушильный агент), в данном случае, представляет собой смесь продуктов сгорания топлива, полученных при α избыточного количества сухого воздуха, сухого воздуха, вводимого в камеру смешения для разбавления продуктов сгорания, водяных паров, содержащихся в избыточном воздухе, водяных паров, содержащихся в воздухе, подаваемом в камеру смешения.

Подставив в левую часть уравнения теплового баланса всего процесса (3) уравнение (4), а в правую часть – уравнения (6, 7, 8) можно получить зависимость с одним неизвестным и определить .





Тогда удельный расход воздуха, необходимый для разбавления продуктов сгорания в камере смешения, ;



6. Расход топлива В_т(кг/с; м³/с) определяется из уравнения материального баланса процесса получения заданного количества энергоносителя после камеры смешения.

Объёмный расход энергоносителя, м³/с:

(9)

где – объёмный расход продуктов сгорания, образующихся в камере сгорания при α=1;

 –  объёмный расход избыточного воздуха, предназначенного для сжигания топлива;

– объёмный расход воздуха, подаваемого в камеру смешения для







где – объёмный расход избыточного сухого воздуха, подаваемого в камеру сгорания;

– объёмный расход водяных паров в избыточном воздухе.

При известном расходе энергоносителя , можно определить секундный расчётный расход топлива В_т.р , необходимый для получения заданного количества энергоносителя.





Тогда полный расход топлива, кг/с (м³/с):



Объёмный расход воздуха, необходимый для сжигания топлива определяется по найденному расчётному расходу топлива:



Расход воздуха, подаваемого в камеру смешения для разбавления продуктов сгорания:



7. Суммарный объём продуктов сгорания равен 100 %, поэтому состав продуктов сгорания:









В результате разбавления продуктов сгорания воздухом в камере смешения в энергоносителе увеличивается количество кислорода, азота и водяных паров, м³/кг (м³/м³):







Общий выход энергоносителя:



Состав энергоносителя:











Библиографический список:

1. 
   Белоусов В.Н., Смородин С.Н., Смирнова О.С. Топливо и теория горения. Ч.I: учебное пособие / СПбГТУРП. – СПб., 2011.
   
2. 
   Белоусов В.Н., Смородин С.Н., Смирнова О.С. Топливо и теория горения. Ч.II: учебное пособие / СПбГТУРП. – СПб., 2011.
   
3. 
   Смородин С.Н., Иванов А.Н. Тепловой и аэродинамический расчеты котельных установок: учеб.пособие.- СПб.: Изд-во СПбГТУРП, 2004.