15 мая горение твердого топлива. Решение 7 Задача Произвести расчет горения твердого топлива при коэффициенте избытка воздуха 1,25. 10

• Название: Решение 7 Задача Произвести расчет горения твердого топлива при коэффициенте избытка воздуха 1,25. 10
• Дата: 15.09.2020
• Размер: 1.05 Mb.
• Имя файла: 15 мая горение твердого топлива.docx
• Тип: Решение; #138099

Содержание

Задача 2. Для технологических целей необходимо иметь G килограммов в секунду воздуха при давлении P_k. Рассчитать идеальный многоступенчатый поршневой компрессор. 2

Задача 3. Рассчитать теоретический цикл двигателя внутреннего сгорания для привода компрессора из задачи 2, если известны степень сжатия  (степень повышения давления в компрессоре  ), максимальная температура цикла t₃ и механический КПД привода _м. 6

Решение 7

Задача 4. Произвести расчет горения твердого топлива при коэффициенте избытка воздуха  = 1,25. 10

Использованная литература 15

Приложение. 16

Задача 2. Для технологических целей необходимо иметь G килограммов в секунду воздуха при давлении P_k. Рассчитать идеальный многоступенчатый поршневой компрессор.
Определить:

• 
  количество ступеней компрессора и степень повышения давления в каждой ступени;
  
• 
  количество теплоты отведенной от воздуха в цилиндрах компрессора и в промежуточном холодильнике;
  
• 
  конечную температуру и объемную производительность компрессора.
  
• 
  изобразить цикл на рабочей диаграмме.
  

Давление воздуха на входе в первую ступень компрессора P₁ = 0,1 МПа и температура t₁ = 27 С. Допустимое повышение температуры воздуха в каждой ступени t , показатель политропы сжатия n, конечное давление P_k и массовый расход воздуха G выбрать из таблицы 3.

При решении задачи трение и вредное пространство не учитывать.

Степень повышения давления в каждой ступени компрессора считать одинаковыми и привести в соответствие с допустимым повышением температуры t.

Процесс в промежуточном холодильнике считать изобарным охлаждением до начальной температуры t₁.

Таблица 3.

Последняя цифра шифра	t , С	Pк , МПа	Предпоследняя цифра шифра	n	G, кг/с
	165	15		1,23	0,2
	170	16		1,24	0,3
	175	17		1,25	0,4
	180	18		1,26	0,5
	185	19		1,27	0,6
	190	20		1,28	0,7
	195	21		1,29	0,8
	200	22		1,30	0,9
	205	23		1,31	1,0
	210	24		1,32	1,1

При расчете по допустимым ∆t, как правило, получается число ступеней, не равное целому числу (например, 1,2, 3,6, 2,5), поэтому принимается целое число (соответственно 2, 4, 3 ) и для ∆t, соответствующего целому числу ступеней проводятся все расчеты.

Решение :

1, Суммарная степень сжатия многоступенчатого компрессора



2 Степень сжатия для двухступенчатого компрессора



на входе



Давление воздуха после сжатия в первой ступени



Температура воздуха после сжатия в первой ступени

Значение повышения температуры после сжатия в первой ступени

= .

Значит двух степеней не достаточно.

Степень сжатия для трехступенчатого компрессора



Температура воздуха после сжатия в первой ступени

Значение повышения температуры после сжатия в первой ступени

= .
2) Количество ступеней принимаем три.
Промежуточное охлаждение воздуха осуществляем до температуры



Давление воздуха после сжатия в первой ступени


Давление воздуха после сжатия во второй ступени



Давление воздуха после сжатия во третьей ступени



Температуры воздуха после сжатия во второй и третьей ступени



Повышение температуры во второй и третьей ступени

= .
= .

По справочнику массовая теплоемкость и газовая постоянная воздуха



Количество тепла, отведенное от воздуха при политропном сжатии каждой ступени

,

Количество тепла, отведенное от воздуха при промежуточном охлаждении ( изобарный процесс)
,

Количество тепла, отведенное от воздуха в цилиндрах компрессора (при охлаждении до t₁),



Мощность на привод компрессора



Удельный объем воздуха на выходе из компрессора



Объемная производительность компрессора


Процессы сжатия показаны на рис. 2



Рис. 11 Диаграммы p – v и T – s .

0–1 – процесс всасывания газа в первую ступень; 1–2, 3–4, 5–6 – адиабатные процессы сжатия газа в ступенях компрессора; 2–3, 4–5 – изобарные процессы охлаждения газа в теплообменных аппаратах.


Задача 3. Рассчитать теоретический цикл двигателя внутреннего сгорания для привода компрессора из задачи 2, если известны степень сжатия  (степень повышения давления в компрессоре  ), максимальная температура цикла t₃ и механический КПД привода _м.
Определить:

• 
  параметры рабочего тела в характерных точках цикла;
  
• 
  подведенную и отведенную теплоту, работу и термический КПД цикла;
  
• 
  мощность двигателя и массовый расход рабочего тела;
  
• 
  построить цикл на рабочей диаграмме.
  

Тип двигателя и данные для расчета приведены в таблице 4.
–При решении задачи в качестве рабочего тела взять воздух. Начальное состояние соответствует нормальным условиям. Теплоемкость воздуха принять не зависящей от температуры.

– Расчет цикла произвести на 1 кг рабочего тела. Процессы сжатия 1-2 и расширения 3-4 считать адиабатными.

–Мощность привода определить с учетом механического КПД.

Таблица 4.

Последняя цифра шифра	Вид цикла		Предпоследняя цифра шифра	t3,С	 м
	Отто	 = 9		1000	0,82
	Дизель	 = 13		1250	0,84
	ГТУ(v=const)	 = 8		750	0,85
	ГТУ(p=const)	 = 9		775	0,86
	Отто	 = 10		1100	0,84
	Дизель	 = 14		1300	0,81
	ГТУ(v=const)	 = 10		850	0,79
	ГТУ(p=const)	 = 11		750	0,77
	Отто	 = 11		1200	0,80
	Дизель	 = 15		1350	0,82

Решение

Теоретический цикл ДВС с подводом теплоты при постоянном объеме (цикл Отто) состоит из двух адиабат и двух изохор (рис. 1.1).


Рис. 1.1. Цикл ДВС с подводом теплоты при :

1–2 – адиабатное сжатие;

2–3 – изохорный подвод теплоты (быстрое сгорание топлива);

3–4 – адиабатное расширение;

4–1 – изохорный отвод теплоты (выброс продуктов сгорания в атмосферу)

• 
  параметры рабочего тела в характерных точках цикла;
  
• 
  Начальное состояние соответствует нормальным условиям
  
• 
  
  

Начальный объем:

V₁ =

Конечный объем:

V₂ =

Давление в т.2:
P₂ =

Температура в т.2:

T₂ =
Температура в т.3:

Т₃ =

Давление в т.3:

P₃ = · P₂ = · 2.196 =3.414 МПа

Давление в т.4:

P₄ = =

Температура в т.4:

Т₄ =

Подведенная и отведенную теплота, работа и термический КПД цикла

Массовая теплоемкость:

.

Количество подведенной теплоты:

.

Количество отведенной теплоты:

.

Работа



Термический КПД цикла:

.

мощность двигателя для привода компрессора из задачи 2



массовый расход рабочего тела



Построение цикла на рабочей диаграмме

Задача 4. Произвести расчет горения твердого топлива при коэффициенте избытка воздуха  = 1,25.

Определить низшую и высшую теплоту сгорания, теоретический и действительный расходы воздуха, температуру горения и массовый состав продуктов сгорания.

Исходные данные для решения задачи приведены в таблице 5.
При решении задачи начальное состояние воздуха и топлива принять нормальным.

Процесс горения считать изобарным. Теплоту сгорания считать по формуле Менделеева.

Определение температуры горения производить при помощи It-диаграммы, для построения которой предварительно вычислить энтальпии продуктов сгорания при температурах порядка 1500 и 2000С (без использования готовых таблиц энтальпий).
Таблица 5.

Элементарный состав рабочей массы некоторых твердых топлив

Последняя цифра шифра	Бассейн, месторождение	Состав, %
		Wp	Ap	Spk	Spop	Cp	Hp	Np	Op
	Карагандинский	8,0	27,6	0,8	0,8	54,7	3,3	0,8	4,8
	Экибастузский	7,0	38,1	0,4	0,4	43,4	2,9	0,8	7,0
	Подмосковный	32,0	25,2	1,5	1,2	28,7	2,2	0,6	8,6
	Печорский	5,5	23,6	0,8	0,8	59,6	3,8	1,3	5,4
	Кизеловский	6,0	31,0	6,1	6,1	48,5	3,6	0,8	4,0
	Челябинский	18,0	29,5	1,0	1,0	37,3	2,8	0,9	10,5
	Ткибульский	13,0	27,0	0,7	0,6	45,4	3,5	0,9	8,9
	Канско-Ачинский	33,0	6,0	0,2	0,2	43,7	3,0	0,6	13,5
	Черемховский	13,0	27,0	0,1	0,1	45,9	3,4	0,7	8,9
	Райчихинское	37,5	9,4	0,3	0,3	37,7	2,3	0,6	12,2

Решение. 1. Для подсчета низшей теплоты сгорания твердого топлива, по известному элементарному составу используют формулу Д.И.Менделеева, кДж/кг



кДж/кг(3.1)

где С ,H ,O ,S ,W - содержание соответственно уг­лерода, водорода, кислорода, серы летучей и влаги на рабочую массу топлива, %.
2.Для высшей теплоты сгорания формула Д.И. Менделеева приобретает вид:



Дж/кг (3.2)

3.Определение температуры горения и массовый состав продуктов сгорания

3.1Определяем теоретический объем воздуха необходимый для сгорания 1 кг твердого топлива:





3.2Действительный объем воздуха, поступившего в топку,



=
где - коэффициент избытка воздуха .

а) объем трехатомных газов, азота и водяного пара для угля












Определение энтальпий производят в следующей последовательности:
1. Вычисляем энтальпию теоретического объема воз­
духа для всего выбранного диапазона температур для
твердого и жидкого топлив, кДж/кг и газообразного
топлива, кДж/м³


где

(ct)_в - энтальпия 1м³ воздуха, кДж/м³, принимается для каждой выбранной температуры по прил.4.

2. Энтальпию теоретического объема продуктов сгорания, кДж/кг (кДж/м³) рассчитываем для всего вы­бранного диапазона температур



где , , - энтальпии 1м³ соответственно

трехатомных газов, азота и водяных паров, кДж/м³, принимают для каждой выбранной температуры по прил.7.

Удельную энтальпию трехатомных газов

Считаем равной удельной энтальпии диоксида углерода .

3. Определяют энтальпию продуктов сгорания
при коэффициенте избытка воздуха >1 кДж/кг

(кДж/м³)

,(8,3)

где

- энтальпия золы, кДж/кг, определяемая по

4. Определяем теплосодержание продуктов горения при 1500⁰С:
Q_ПГ¹⁵⁰⁰ = кДж

1,404


8. Определяем теплосодержание продуктов горения при 2000⁰С:
Q_ПГ²⁰⁰⁰ = кДж

1,93

9. Определяем теплосодержание продуктов горения при 2500⁰С:
Q_ПГ²⁵⁰⁰= кДж


следовательно, температура горения вещества находится в интервале от 2000 до 2500⁰С.

По данным расчета стро­им график зависимости энтальпии продуктов сгорания от температуры, так называемую Н-t(I-t)-диаграмму (рис.3.1).
По Н-t- диаграмма определяем по энтальпии продуктов сгорания температуру продуктов сгорания.
Рис. 3.1 Н-t- диаграмма

Таким образом температуру горения равна 2185

массовый состав продуктов сгорания



для азота и водяного пара



где p_N2 = 1,25 - плотность азота, кг/м³.



где 0,805 - плотность водяного пара при нормальных физических условиях, кг/м³.

 

Использованная литература

1.Теплотехника: Методические указания и контрольные задания для студентов заочного отделения нефтегазовых специальностей горно-нефтянного факультета / Сост. К.С.Галягин, Ю.А.Селянинов; Перм.гос.техн.ун-т. Пермь, 2000. 28 с.

2. Теплотехника: Учебник для вузов. Луканин В.Н., Шатров М.Г., Камфер Г.М., ред . В.Н.Луканин. – М.: Высш. шк., 2000. – 671 с.

3.http://yotx.ru/#!1/3_ZIZ8f@vs4GB/5@zgYN@IIfyv7c/BWwfrIMad9Gf/YP9i34gh/K/tb2ydHRzwtiCgA9Duxs7BwQFvC3J5sbuxc3ZwwNuBgE4Ru/s7@yQadmPnlPF4usV43Lq82N3f2t/a39g6Ozjg7UC2LnY3drZgZ7wdyNbF7v7OPomG3dg5ZTyebjEety4vdvcP9vc3drZgZ7yD3Y2dLdgZbweydbG7v7NPomE3dk4Zj6dbjMety4vd/YP9fQE=

4.http://koi.tspu.ru/koi_books/arhipov/5str2.htm 

Приложение.