Расчёт горения газового топлива. Определение состава и количества продуктов горения

Самарский Государственный Технический Университет

Кафедра: «металловедение и порошковая металлургия»

Лабораторная работа № 1

Расчёт горения газового топлива. Определение состава и количества продуктов горения.

Выполнил: студент III – ФТ - 1

Соловьева Ю.Б.

Проверил:

Якубович Е.А.

Самара 2009 г.

Цель работы
– изучить методы и освоить практические навыки расчётов горения топлива на примере сжигания смеси газов.

Основные понятия и определения:

1) Теплота сгорания топлива

2) Количество необходимого для горения окислителя

3) Теоретическая и калориметрическая температура горения

4) Энтальпия

1) Теплота сгорания топлива:

- для метана (полная реакция горения)

- (не полная реакция горения)

При горении топлива, выделяется большое количество тепла. Как видно из реакции в продуктах сгорания присутствуют пары воды. В зависимости от того, в каком виде водяной пар находится в дымовых газах, различают высшую
и низшую
теплоту сгорания топлива.

Высшая теплота сгорания ( )
соответствует условию, при котором продукты горения охлаждаются до (293 К), а пары воды конденсируются и охлаждаются до . При этом выделяется две составляющие тепла: теплота нагрева с 293 К до 373 К (418 кДж/кг),а также скрытая теплота парообразования испарения 2256,8 кДж/кг. Итого выделяется 2675,5 кДж/кг.

Низшая теплота сгорания ()
соответствует условию, при котором содержащаяся в продуктах сгорания влага в виде пара охлаждается до температуры и не конденсируется. При этом выделяется:

,

На практике в реальных условиях к сожалению, выделяется только низшая теплота сгорания.

2) Количество необходимого для горения окислителя (воздуха):

Количество окислителя определяется по уравнению реакции горения. Определённое количество является теоретическим. Для реального сжигания всегда подают несколько большее количество окислителя, т.к. есть потери . На 10 – 20 % больше.

Коэффициент избытка воздуха:

- реальный объём, - теоретический объём.

3) Температура горения: теоретическая и калориметрическая
:

Необходимость введения двух определений связано с двумя возможными подходами процесса горения. А именно, с учётом или игнорированием затрат тепла на диссоциацию продуктов сгорания. Соответственно различают: теоретическую и калориметрическую температуру горения топлива:

- теплота диссоциации.

4) Энтальпия

:

Это понятие является одним из фундаментальных в теплотехнике и термодинамике. По определению энтальпия представляет из себя произведение теплоёмкости на температуру:

Практическая часть

Рассмотрим горение газа состоящего из: 1) 93,48% метана (); 2) 3,85% этана (); 3) 0,67% пропана (); 4) 0,3% бутана (); 0,75% углекислого газа (СО2) и 0,95% азота (). Найти объём сгорания количества кислорода, и .

1)

Из реакции видно, что для горения 1 моля нужно 2 моля . 1 моль любого газа занимает 22,4 , это значит, что для сжигания 1 метана, нужно 2.

Известно, что в сухом воздухе содержится 21% , а остальное азот (), 79%.

.

2) - для этана;

.

3) - для пропана;

.

4) - для бутана;

.

Поскольку, реальное топливо – это смесь горючих газов, то общий расход воздуха определяется суммированием для отдельно горючих компонентов.

.

II
. Определение состава и количества продуктов сгорания:

Состав продуктов сгорания:

В состав объёма азота войдёт также азот из окислителя (воздуха).

1) для метана:

; ; .

- суммарный объём продуктов сгорания.

=9,48%, =18,81%, =71,72%;

2) для этана:

; ; .

- суммарный объём продуктов сгорания.

=44,4%, =10,57%, =45,03%;

3)для пропана:

, , .

- суммарный объём продуктов сгорания.

=16,75%, =16,27%, =66,98%;

4) для бутана:

, , .

- суммарный объём продуктов сгорания.

=19,42%, =14,94%, =65,64%;

Суммируем объёмы продуктов сгорания 4-х газов:

;

, ,

=10,33%, =18,59%, =71,08%.

III
. Определение калориметрической и теоретической температуры:

Как видно, для расчёта калориметрической температуры нужно знать , , .

Требуемую для расчёта
находят расчётным путём, зная тепловые эффекты реакции горения (таблица) и входящие в состав топлива доли соединений.

; (
);

.

Для определения температуры ,воспользуемся понятием энтальпии и определим энтальпию продуктов сгорания :

; ;

С другой стороны,
есть сумма энтальпий конкретно составляющих продукты сгорания:

Зададимся возможной температурой продуктов сгорания
и найдём энтальпию продуктов сгорания при этой температуре:

;

;

;

Если величина ,
то значит нами принята низкая температура в ,
тогда находим величину энтальпии для большей температуры на ,
т.е. для :

;

;

;

;

Обычно, ,
в этом случае, считается, что действительная калориметрическая температура лежит в пределах
и конкретное её значение находится методом интерполяции по формуле:

;

.

.

Вывод:
вычислили расход воздуха:

, ,

=10,33%, =18,59%, =71,08%.

количество продуктов сгорания:

определили температуру калориметрическую и теоретическую:

;

.