Топливо. Примеры расчета горения топлива

ВВЕДЕНИЕ

В результате освоения дисциплины «Теплопередача в промышленных аппаратах» необходимо научиться проводить тепловой расчет теплообменников или систем охлаждения промышленных и энергетических установок. Курсовая работа по данной дисциплине выполняется с целью получения навыков численного моделирования тепловых процессов, протекающих в конкретных технических системах, разработки программ расчета на ЭВМ на основе известных методов численного моделирования.

Расчет горения топлива является элементом теплового расчета промышленных и энергетических установок. Целью расчёта горения топлива является определение расхода воздуха, необходимого для горения, низшей теплоты сгорания топлива, действительной температуры факела, количества и состава продуктов сгорания.

Исходными данными для расчета являются вид топлива, конструкция топливосжигающего устройства (горелки), определяющая величину коэффициента расхода воздуха n(см. табл. 1), степень обогащения воздуха кислородом и температуры подогрева топлива и воздуха.

Правильность расчета может быть проверена составлением материального баланса, выполняемого в единицах массы.

Таблица 1

Рекомендуемые значения коэффициентов расхода воздуха

1. ТОПЛИВО

1.1. Основные характеристики

Топливом называются горючие вещества, сжигаемые для производства тепла (определение, данное Д. И. Менделеевым). По своему физическому (агрегатному) состоянию топливо подразделяется на твердое, жидкое и газообразное. Различают естественное топливо, добываемое на поверхности или в недрах земли, и искусственное, получаемое путем переработки естественного топлива. Основные виды естественного и искусственного топлива приведены в табл. 2. По характеру использования в промышленности топливо подразделяется на энергетическое и технологическое. Если топливо не только используется для получения тепла, но участвует в технологическом процессе, оно называется технологическим. Энергетическим называется топливо, сжигаемое в топках котлов и печей только для получения тепла (высоких температур).

Таблица 2

Классификация топлива по физическому состоянию и происхождению

Топливо различных видов и месторождений различается по составу. Под составом твердого и жидкого топлива понимают содержание в нем следующих компонентов: углерода С, водорода Н, серы S, кислорода О, азота N, золы А и влаги W. Применительно к газообразному топливу под составом понимают содержание газообразных составляющих, в основном: окиси углерода СО, водорода Н₂, метана СН₄, этана С₂Н₆, пропана С₃Н₈, бутана С₄Н₁₀, этилена С₂Н₄, бензола С₆Н₆ и др. Входящие в состав топлива кислород О и азот N относят к внутреннему балласту; зола и влага являются внешним балластом. Состав жидкого и твердого топлива выражают в процентах по массе, газообразного – в процентах по объему.

Общие требования, определяющие народнохозяйственную ценность топлива: низкая стоимость добычи; низкая стоимость транспортировки; удобство применения; возможность использования с высоким КПД; малое содержание балласта и вредных примесей.

1.2. Твердое топливо

Химический состав. Твердое топливо содержит в основном углерод, водород, азот, кислород, серу, а также минеральные включения, образующие золу и влагу. Различают рабочую, аналитическую, сухую, горючую и органическую массы твердого топлива. Под рабочей массой понимают массу топлива в том виде, в каком оно доставляется к топливосжигающему устройству. Под сухой массой понимают массу обезвоженного топлива, под горючей – массу обезвоженного и обеззоленного  топлива и под органической – массу топлива, состоящую из углерода, водорода, кислорода, серы, входящей в состав органических соединений, и азота. Аналитическая масса состоит из сухой массы и влаги, соответствующей подсушенному топливу, анализируемому в лаборатории.