КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА. Теоретические вопросы (13) Как определяют объём продуктов сгорания

Название	Теоретические вопросы (13) Как определяют объём продуктов сгорания
Дата	11.04.2023
Размер	298 Kb.
Формат файла
Имя файла	КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА.docx
Тип	Контрольная работа #1054757
страница	2 из 3

1 2 3

Решение:

Cтв + O₂газ = CO₂газ

ΔН=ΔU+ΔvRT; Qp = Qv + ΔνRT.

Δν = 1 моль + 1 моль = 2 моль;

ΔνRT = 2 моль · 8,314 Дж · моль^–1· К^–1 · 298 К = 4848 Дж;

Q_р,298= –393,51 кДж + 4,85 кДж = –388,66 кДж.
ЗАДАЧА 2

Написать реакцию горения компонентов газового топлива. Бензола в кислороде.

Решение:

1. Записываем реакцию горения С₆Н₆ + О₂ → СО₂ + Н₂О.

2. В молекуле бензола 6 атомов углерода, из них образуется 6 моле- кулы углекислого газа С₆Н₆ + О₂ → 6СО₂ + Н₂О.

3. Атомов водорода в молекуле бензола 6, из них образуется 3 мо- лекулы воды С₆Н₆ + О₂ → 6СО₂ + 3Н₂О.

4. Подсчитаем число атомов кислорода в правой части уравнения 6*2+1=13

5. В левой части уравнения также должно быть 13 атомов кислорода. Молекула кислорода состоит из двух атомов, следовательно, перед кислородом нужно поставить коэффициент 7,5, тогда С₆Н₆ + 7,5О₂ = 6СО₂ + 3Н₂О, или 2С₆Н₆ + 15О₂ = 12СО₂ + 6Н₂О.

Реакция горения бензола выражается термохимическим уравнением:

С₆Н₆ + 7,5(О₂ + 3,76N₂) = 6СО₂ + 3Н₂О + 7,5×3,76N₂
ЗАДАЧА 3

а) Определить нижний и верхний пределы воспламеняемости газа при наличии инертных примесей и без них (формулы (11), (12)).

б) Определить максимальную скорость распространенеия пламени в трубке диаметром 25 мм.

Состав газа, %
СН₄	С₂Н₆	С₃Н₈	С₄Н₁₀	С₅Н₁₂	СО₂	N₂
98.7	0.3	0.1	0.1	-	0.1	0.7
Предел воспламеняемости ниж/верх (обог кис)
5,3/14(60)	3,22/12,45(50,5)	2,37/9,5 (45,6)	1,86/8,41 (40,1)	-
Смесь с максимальной скоростью распространения пламени, L, % газа в воздухе
9,8	6,5	4,6	3,6
Максимальная скорость распространения пламени, W, м/сек
0,67	0,85	0,82	0,82

Решение:

Газ имеет следующий состав:

СН₄ - 98,7%; С₂Н₆ - 0,3%; С₃Н₈ - 0,1%; С₄Н₁₀ - 0,1%; СО₂ -0,1%; N₂ - 0,7%.

Горючая часть газа составляет 100 - (0,1 + 0,7) = 99,2%.

Состав горючей части без балластных примесей:

СН₄ = 98,7/99,2*100 = 99,49%; С₂Н₆ = 0,3/99,2*100 = 0,3%; С₃Н₈ = 0,1/99,2*100 = 0,1%; С₄Н₁₀ = 0,1/99,2*100 = 0,1%.

Определяем пределы воспламеняемости (верхний, нижний) газовой смеси без балластных примесей по формуле:

L^г =100/( );

где L^г_{н (в)}-пределы воспламеняемости (верхний, нижний) газовой смеси;

r₁, r₂ ...r_n- содержание компонента в газовой смеси, %;

l_1,l₂ ...l_n- пределы воспламеняемости (верхний, нижний) отдельных компонентов.

L^г_н = 100/(99,49/5,3+0,3/3,22+0,1/2,37+0,1/1,86) = 5,28 об %;

L^г_в =100/(99,49/14+0,3/12,45+0,1/9,5+0,1/8,41) =13,98 об %;

Пределы воспламеняемости (верхний, нижний) газовой смеси содержащей балластные примеси определяем по формуле:

L^б = L^г ;

где L^б_{н (в)}-пределы воспламеняемости (верхний, нижний) газовой смеси с примесями;

L^г_{н (в)}-пределы воспламеняемости (верхний, нижний) газовой смеси без примесей;

δ- содержание балластных примесей в долях единицы;

L^б_н= 5,28 (1+0,8/(1+0,8)) / (100 + 5,28 (0,8/(1-0,8))) * 100 = 6,336 об %;

L^б_в= 13,98 (1+0,8/(1+0,8)) / (100+13,98 (0,8/(1-0,8))) * 100 = 12,582 об %;

Горение сложных газов можно рассматривать как одновременное и независимое горение нескольких простых смесей индивидуальных газов с воздухом. Также, содержание горючих газов и воздуха таково, что в смеси, если бы она горела отдельно, пламя распространялось бы с такой же скоростью, какой она распространяется в сложной смеси.

Исходя из вышесказанного определим величину скорости распространения пламени для смеси сложного газа с воздухом по формуле:
W = L ;

где W - максимальная скорость распространения пламени смеси, м/сек;

L - содержание сложного газа в смеси;

r₁, r₂, r_n - содержание простых газов, %;

w₁, w₂, w_n - максимальная скорость распространения пламени простых газов;

l_1,l₂ ,l_n - содержание простых газов в смеси с воздухом, дающая максимальную скорость распространения пламени, %.

L_в =100/(99,49/9,8+0,3/6,5+0,1/4,6+0,1/3,6) =9,76;

W = (98,7*0,67/9,8 + 0,3*0,85/6,5 + 0,1*0,82/4,6 + 0,1*0,82/3,6) / (98,7+0,3+0,1+0,1) * 9,76 = 1,69;

W_д = W (1-0,01N₂ - 0.012 CO₂) = 1,69(1-0.01*0.7 - 0.012* 0.1) = 0,698 м/сек.
ЗАДАЧА 4

Сохранив неизменной тепловую мощность инжекционной горелки определить диаметр нового сопла и давление газа перед горелкой при переходе на топливо иного состава (инжекционная горелка низкого давления рассчитана для сжигания природного газа с Q_н=38,74 МДж/м³ и плотностью ρ_г = 0,807 кг/м³ при номинальном давлении Р=1275 Па. Диаметр сопла, установленного в горелке d - 4.2 мм. Рассчитать диаметр сопла горелки при работе на сжиженном газе с Q'_н= 87,99 МДж/м³ и плотностью ρ_г' = 1.55 кг/м³ при номинальном давлении Р₁=2940 Па).

Решение:

По формуле: d₁ = d ;

где d - диаметр газового сопла при работе на газе первоначальной теплоты сгорания, мм;

Q_н , Q_н' - расчетная и действительная теплота сгорания газа, МДж/м³;

ρ_г , ρ_г' - расчетная и действительная плотность газа, кг/м³;

P- расчетное давление газа, Па;

P₁ - давление газа при работе на газе иного состава, Па.

d₁ = 4,2 = 2,66 мм.

Для сохранения тепловой мощности горелки, без изменения диаметра сопла, при работе на сжиженном газе необходимо поддерживать давление:

P₁= 1275*(1,55/0,87)*(38,74/87,99)² = 440 Па.

ЗАДАЧА 5

По объемному составу сухого газа взятому из табл. вычислить:

-Низшую теплоту сгорания газа, как сумму произведений величин теплоты сгорания горючих компонентов на их объемные доли, деленную на 100. Значения теплоты сгорания горючих компонентов принять по [1].

- Плотность сухого газа, как сумму произведений плотности горючих компонентов на их объемные доли, деленную на 100. Плотности горючих компонентов принять по [1].

-Показатели горения газов (руководствуясь примером).

-Калориметрическую температуру сгорания природного газа.

Влагосодержание воздуха принять d_в= 12 г/м³ сухого воздуха.

Газ	Состав газа по объему, %							α
Газ	СН₄	С₂Н₆	С₃Н₈	С₄Н₁₀	С_mН_n	СО₂	N₂
Ставропольский	98.0	0.2	0.1	-	-	0.5	1.2		1.15

Решение:

Расчет показателей горения газа

Компо-ненты	Кол-во в м³ на 100 м³ газа	Уравнения реакций горения	Расход воздуха, м³			Выход продуктов горения, м³
Компо-ненты	Кол-во в м³ на 100 м³ газа	Уравнения реакций горения	О₂	N₂	Σ	СО₂	Н₂О	N₂	О₂	Σ
СН₄	98	СН₄+2О₂=СО₂+2Н₂О	196	737	-	98	196	737	-	-
С₂Н₆	0,2	С₂Н₆+3,5О₂=2СО₂+3Н₂О	0,7	2,63	-	0,4	0,6	2,63	-	-
С₃Н₈	0,1	С₃Н₈+5О₂=3СО₂+4Н₂О	0,5	1,88	-	0,3	0,4	1,88	-	-
СО	-	СО+0,5О₂=СО₂	-	-	-	-	-	-	-	-
Н₂	-	Н₂+0,5О₂=Н₂О	-	-	-	-	-	-	-	-
СО₂	0,5		-	-	-	0,5	-	-	-	-
N₂	1,2		-	-	-	-	-	1,2	-	-
О₂	-		-	-	-	-	-	-	-	-
Σ	100		-	-	-	-	-	-	-	-
Влага газа							0
Влага воздуха							14,01
Итого при теоретическом сгорании α=1			197,2	741,51	938,71	99,2	211	742,71	0	1052,91
Количество избыточного воздуха			29,6	111,2	140,8	-	-	111,4	19,8	-
Дополнительное кол-во влаги с избыточным воздухом							1,4
Итого при сгорании с избытком воздуха α=1,15			226,8	852,7	1079,5	99,2	212,4	854,1	19,8	1178,5

1) Расчет продуктов горения газа при теоретическом количестве воздуха (α=1):

При расчетах учитываем, что N₂/О₂=79/21=3,76

Балластные газы СО₂ и N₂переходят в продукты сгорания без изменений.

Теоретическое количество воздуха V= 938,71м³ или 9,39 м³/ м³

Кол-во избыточного воздуха:

939*(1,15-1) = 140,85

Объем влаги внесенной с воздухом:

(12*938,7)/(1000*0,804)=14,01 м³

Расход воздуха при α=1,15

V_в=10,8 м³/ м³.

Объем водяных паров:

V_вп= 2,1 м³/ м³.

Количество сухих продуктов сгорания:

V_{с г}= V_г - V_вп= 11,8-2,1= 9,7 м³/ м³.

Состав влажных продуктов сгорания, %:

СО₂ = 99,2/1178,5*100 = 8,42

Н₂О = 212,4/1178,5*100 = 18,03

О₂ = 19,8/1178,5*100 = 1,68

N₂ = 100 - (СО₂+ Н₂О+ О₂) = 71.87

2) Теплота сгорания газа:

Q^c_н = 0,01(98*35840 +0,2*63730 + 0,1*93370) = 35697 кДж/м³;

Плотность газа:

ρ^с = 0,01 (98*0,717 + 0,2*1,357 + 0,1*2,019 + 0,5*1,977 + 1,2*1,251) = 0,733 кг/м³;

Относительная плотность газа:

S^c = 0.733/1.15 = 0.638

I_T = t_TΣV_TC_T= t_T (V_CH₄C_CH₄ + V_C₂_H₆C_C₂_H₆ + V_C₃_H₈C_C₃_H₈ + V_CO₂C_CO₂ + V_N₂C_N₂) =25(0.98*1.573 + 0.002*2.4381 + 0.001*3.1637 + 0.005*1.625 + 0.012*1.2992) = 39.33 кДж/м³;

I_В = αV₀C_Bt_в = 1.15*10.8*1.2976*25 = 403 кДж/м³;

Q^c_н + I_T + I_В = 35697 + 40 + 403 = 36140 кДж/м³;

3) Калориметрическая температура сгорания - температура, до которой нагрелись бы продукты полного сгорания, если бы все тепло топлива и воздуха пошло на их нагревание.

Уравнение теплового баланса:

Q^c_н + I_T + I_B = I_K ,

Где Q^c_н - низшая теплота сгорания газообразного топлива, кДж/м³;

I_T ,I_B - физическое тепло топлива и воздуха, отнесенное к 1 м³ газообразного топлива, кДж/м³;

I_K - теплосодержание дымовых газов при калориметрической температуре сгорания t_K_{, ̊} С, отнесенное к 1 м³ газообразного топлива, кДж/м³;

t_K = (Q^c_н + t_Т Σ V_TC_T + α V₀C_Bt_B)/( V_N₂C_N₂ + V_O₂C_O₂ + V_С_O₂С_CO₂ + V_H₂_OC_H₂_O);

t_K = (35967 + 39,33 + 403)/ (0.98*1.573 + 0.002*2.4381 + 0.001*3.1637 + 0.005*1.625 + 0.012*1.2992) = 1855;

где t_K - калориметрическая температура сгорания,̊ С;

t_Т, t_B- температура газообразного топлива и воздуха,̊ С;

V_N₂ ,V_O₂ ,V_С_O₂, V_H₂_O- объемы продуктов сгорания N₂ , О₂ , СО₂ , Н₂О, м³ отнесенные к 1 м³ сжигаемого газа;

C_T - средние объемные теплоемкости компонентов газообразного топлива при постоянном давлении, кДж/м³ ̊С;

C_B, C_N₂, C_O₂, С_CO₂, C_H₂_O- средние объемные теплоемкости воздуха N₂ , О₂ , СО₂ , Н₂О при постоянном давлении, кДж/м³ ̊С.

4) Калориметрическая температура сгорания природного газа:

t_к= 1855 ̊С

С_N2 = 1,4822; C_O2 = 1,5618; C_СО₂ = 2,408; C_Н₂_О = 1,942;

V_N2 = 8,541 ; V_О₂ = 0,198 ; V_СО₂ = 0,992 ; V_Н₂_О = 2,124 ;

t_к = 36140/(8,541*1,4822 + 0,198*1,5618 + 0,992*2,408 + 2,124*1,942) = 36140/19,48 = 1855 ̊С.
ЗАДАЧА 6

Рассчитать подовую горелку низкого давления без принудительной подачи воздуха для водогрейного секционного котла типа "Энергия-6" с поверхностью нагрева 52,7 м². Котел работает на природном газе с Q^H_P=36000 кДж/м³. Максимальный расход газа котлом V_K= 86.8 м³/ч. Теоретическое количество воздуха, необходимого для сжигания газа, V₀=9.49 м³воздуха/ м³газа.

1 2 3