Энтальпия продуктов сгорания
Энтальпия
продуктов сгорания
состоит из энтальпии теоретических
продуктов сгорания, энтальпии избыточного
воздуха и энтальпии золы,
:
. (5.1)
Размерность означает, что энтальпия относится к 1кг твердого или жидкого топлива.
Энтальпия продуктов сгорания больше энтальпии воздуха на 15-20% так как в них присутствуют трехатомные газов ( , , ).
Энтальпия
теоретического количества продуктов
сгорания
при температуре
,
может быть рассчитана по уравнению,
:
. (5.2)
Энтальпия теоретически необходимого количества воздуха, :
. (5.3)
Энтальпия золы, :
(5.4)
где
(доля уносимой золы учитывается, если
приведенная величина уноса золы из
топки
.
Все формулы для расчета энтальпий приведены для случая полного сгорания топлива. Они также могут использоваться, с достаточной для инженерных расчетов точностью, для расчета энтальпий при химической неполноте сгорания, значение которой для этих топлив не превышает нормативного.
Таблица 5.1 Средняя теплоемкость воздуха, газов и золы
, °C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
0 |
1,2981 |
1,3198 |
1,6010 |
1,2955 |
1,3069 |
1,4954 |
0,77 |
100 |
1,3014 |
1,3253 |
1,7016 |
1,2968 |
1,3186 |
1,5063 |
0,810 |
200 |
1,3081 |
1,3328 |
1,7887 |
1,3006 |
1,3362 |
1,5235 |
0,845 |
300 |
1,3182 |
1,3433 |
1,8641 |
1,3077 |
1,3571 |
1,5436 |
0,880 |
400 |
1,3299 |
1,3555 |
1,9312 |
1,3173 |
1,3785 |
1,5666 |
0,900 |
500 |
1,3437 |
1,3693 |
1,9902 |
1,3286 |
1,3990 |
1,5909 |
0,916 |
600 |
1,3576 |
1,3840 |
2,0426 |
1,3412 |
1,4179 |
1,6161 |
0,935 |
700 |
1,3718 |
1,3986 |
2,0900 |
1,3546 |
1,4355 |
1,6425 |
0,947 |
800 |
1,3852 |
1,4124 |
2,1327 |
1,3680 |
1,4510 |
1,6693 |
0,960 |
900 |
1,3986 |
1,4259 |
2,1708 |
1,3806 |
1,4657 |
1,6969 |
0,971 |
1000 |
1,4108 |
1,4384 |
2,2052 |
1,3928 |
1,4786 |
1,7242 |
0,984 |
1100 |
1,4225 |
1,4594 |
2,2366 |
1,4045 |
1,4904 |
1,7514 |
0,996 |
1200 |
1,4338 |
1,4623 |
2,2655 |
1,4154 |
1,5017 |
1,7782 |
1,005 |
1300 |
1,4443 |
1,4736 |
2,2915 |
1,4263 |
1,5117 |
1,8042 |
1,046 |
1400 |
1,4539 |
1,4841 |
2,3154 |
1,4359 |
1,5214 |
1,8293 |
1,122 |
1500 |
1,4631 |
1,4937 |
2,3372 |
1,4451 |
1,5306 |
1,8541 |
1,172 |
1600 |
1,4719 |
1,5029 |
2,3573 |
1,4539 |
1,5390 |
1,8775 |
1,144 |
1700 |
1,4799 |
1,5113 |
2,3761 |
1,4623 |
1,5474 |
1,9010 |
1,215 |
1800 |
1,4879 |
1,5189 |
2,3933 |
1,4698 |
1,5553 |
1,9228 |
1,213 |
1900 |
1,4950 |
1,5268 |
2,4092 |
1,4770 |
1,5629 |
1,9437 |
1,255 |
2000 |
1,5021 |
1,5340 |
2,4239 |
1,4837 |
1,5704 |
1,9643 |
1,256 |
2100 |
1,5084 |
1,5411 |
2,4377 |
1,4904 |
1,5771 |
1,9840 |
1,257 |
2200 |
1,5147 |
1,5474 |
2,4503 |
1,4962 |
1,5842 |
2,0024 |
1,255 |
2300 |
1,5205 |
1,5536 |
2,4620 |
1,5021 |
1,5909 |
2,0204 |
1,261 |
Таблица 5.1 Энтальпии 1 м3 газов, воздуха и 1кг золы
, °C |
|
|
|
|
|
|
|
∙ |
|||||
100 |
171,7 |
130,1 |
150,5 |
132,7 |
81 |
|
200 |
360 |
261 |
304 |
267 |
169 |
|
300 |
563 |
394 |
463 |
403 |
264 |
|
400 |
776 |
529 |
626 |
542 |
360 |
|
500 |
999 |
667 |
795 |
685 |
458 |
|
600 |
1231 |
808 |
969 |
830 |
561 |
|
700 |
1469 |
952 |
1149 |
979 |
663 |
|
800 |
1712 |
1098 |
1334 |
1129 |
768 |
|
900 |
1961 |
1247 |
1526 |
1283 |
874 |
|
1000 |
2213 |
1398 |
1723 |
1438 |
984 |
|
1100 |
2458 |
1551 |
1925 |
1595 |
1096 |
|
1200 |
2717 |
1705 |
2132 |
1754 |
1206 |
|
1300 |
2977 |
1853 |
2344 |
1914 |
1360 |
|
1400 |
3239 |
2009 |
2559 |
2076 |
1571 |
|
1500 |
3503 |
2166 |
2779 |
2239 |
1758 |
|
1600 |
3769 |
2324 |
3002 |
2403 |
1830 |
|
1700 |
4036 |
2484 |
3229 |
2567 |
2066 |
|
1800 |
4305 |
2644 |
3458 |
2732 |
2184 |
|
1900 |
4574 |
2804 |
3690 |
2899 |
2385 |
|
2000 |
4844 |
2965 |
3926 |
3066 |
2512 |
|
2100 |
5115 |
3127 |
4163 |
3234 |
2640 |
|
2200 |
5386 |
3289 |
4402 |
3402 |
2760 |
|
2300 |
5658 |
3452 |
4643 |
3571 |
81 |
|
2400 |
5930 |
3615 |
4888 |
3740 |
169 |
|
2500 |
6203 |
3778 |
5132 |
3910 |
264 |
|
Теплота, выделяющаяся при сгорании топлива, воспринимается продуктами сгорания, которые нагреваются до определенной температуры. В реальных условиях теплота идет на нагрев продуктов сгорания, передается теплообменным поверхностям, теряется в окружающую среду, при высоких температурах часть теплоты затрачивается на диссоциацию продуктов сгорания. Так при атмосферном давлении и t=1500°С степень диссоциации составляет 0,8%. С повышением температуры она быстро возрастает: при температуре 2000ºС достигает 4%, а при 2500ºС - 19% .
Температуру горения для реальных условий можно определить из уравнения теплового баланса горения:
(5.5)
где
располагаемая теплота топлива
рассчитывается по уравнению:
;
и
физическая теплота топлива и воздуха
соответственно;
теплота, отданная
теплообменными поверхностями в окружающую
среду;
- теплота, затраченная на диссоциацию.
Подставляя в уравнение (5.5) выражение для энтальпии продуктов сгорания и золы и преобразуя его, получим выражение для расчета температуры горения
(5.6)
Максимальное
значение температуры получим при условии
т.е. в адиабатных условиях. Температура
горения, получаемая в адиабатных
условиях, называется теоретической
температурой горения. В случае, когда
не учитываются
для расчета теоретической температуры
горения успользуется уравнение:
(5.7)
Решение
этого уравнения может быть произведено
методом последовательных приближений.
Необходимые для расчета теоретической
температуры горения уравнения
для продуктов сгорания и золы получены
методом наименьших квадратов средствами
Ms Excel на основе данных, приведенных в
табл. 5.1. Графики зависимостей теплоемкостей
продуктов сгорания и золы от температуры
и их уравнения приведены на рис. 5.1 –
5.7. Значения теплоемкостей продуктов
сгорания в зависимости от температуры
приведены таблице 5.1 [1].
Рис.
5.1 Результаты аппроксимации и уравнение
теплоемкости золы в зависимости от
.
Рис. 5.3 Результаты аппроксимации и уравнение теплоемкости сухого воздуха в зависимости от .
Рис. 5.2 Результаты аппроксимации и уравнение теплоемкости воздуха в зависимости от .
Рис. 5.4 Результаты аппроксимации и уравнение теплоемкости двуокиси углерода в зависимости от .
Рис. 5.5 Результаты аппроксимации и уравнение теплоемкости азота в зависимости от .
Рис. 5.6 Результаты аппроксимации и уравнение теплоемкости кислорода в зависимости от .
Рис. 5.7 Результаты аппроксимации и уравнение теплоемкости водяных паров в зависимости от .
З начения энтальпий продуктов сгорания топлива, рассчитанные с учетом теплоты диссоциации, приведены таблице 5.2 [1].
Для нахождения теоретической температуры горения графическим методом строят график зависимости энтальпии продуктов сгорания от температуры для различных значений коэффициента избытка воздуха (рис. 2.1). Откладывая по оси ординат значение теплоты сгорания топлива, графически определяют теоретическую температуру горения при заданном коэффициенте избытка воздуха. Необходимые для построения графика значения энтальпии рассчитывают и сводят в таблицу 5.3, которая имеет следующий вид:
Таблица 5.3 Энтальпия продуктов сгорания,
Температура , °С |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|||||
I |
I |
I |
I |
I |
I |
|||||
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
200 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
… |
|
2200 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 5.8. Зависимость энтальпии продуктов сгорания от температуры и коэффициента избытка воздуха
ЛИТЕРАТУРА
1. Тепловой расчет котлов (нормативный метод). СПб., 1998. -258с.
2. Хзмалян Д.М., Каган Я.А. Теория горения и топочные устройства. - М., 1986. -488с.
3. Титар С.С. Задачник по основам теплоэнергетики. - Одесса.1998.-143с.
4. Димитров О. Д., Климчук О. А. Теория горения органического топлива. - Одесса: Наука и техника, 1996. - 140с.
ПРИЛОЖЕНИЕ А
Таблица 1
Последняя цифра номера зачетной книжки |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
1 |
1,15 |
1,02 |
1,2 |
1,3 |
1,4 |
1,5 |
1,6 |
0,07 |
2 |
3 |
1,2 |
1,02 |
1,3 |
1,4 |
1,5 |
1,6 |
1,7 |
0,08 |
4 |
5 |
1,25 |
1,01 |
1,25 |
1,35 |
1,45 |
1,55 |
1,65 |
0,09 |
6 |
7 |
1,15 |
1,01 |
1,2 |
1,4 |
1,6 |
1,8 |
2,0 |
0,10 |
8 |
9 |
1,2 |
1,03 |
1,25 |
1,50 |
1,75 |
2,00 |
2,25 |
0,11 |
Таблица 2
Предпоследняя цифра номера зачетной книжки |
Месторождение и марка топлива |
|
0 |
Львовско- Волынское, Ново- Волынское, ГР |
9,3 |
1 |
Донецкий, Д |
11,6 |
2 |
Донецкий, Г |
5,6 |
3 |
Донецкий, А |
6,8 |
4 |
Кузнецкий, Д |
9,7 |
5 |
Кузнецкий, Г |
7,2 |
6 |
Кузнецкий, Ж |
5,7 |
7 |
Кузнецкий, Т |
6,7 |
8 |
Торф кусковой |
6,1 |
9 |
Торф фрезерный |
5,7 |