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:

Теплота сгорания топлива

Количество необходимого для горения окислителя

Теоретическая и калориметрическая температура горения

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 .



I. Определение необходимого количества воздуха:

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:

;

.