Массовый выброс какого либо компонента, например диоксид серы

К оэффициент избытка воздуха:

• азотная формула

;

• кислородная формула

;

• по содержанию сухих трехатомных газов в продуктах сгорания

где: , а

Энтальпия продуктов сгорания

.

Энтальпия теоретического количества продуктов сгорания

.

Энтальпия теоретически необходимого количества воздуха

.

Энтальпия золы

,

где - доля уносимой золы.

Задача № 8.

Задан состав топлива: С^г = 60 + №/3 %; H^г = 20 – №/3 %; O^г = 18%; S^г = 1%; N^г = 1%; A^с = 25 + №/2 %; W^р =30 + №/2 %. Определить: V⁰; Q_н^р и отношение Q_н^р/V⁰.

Задача № 9.

Определить тепловую мощность топки и расход воздуха при совместном сжигании мазута и газа с коэффициентом избытка воздуха  = 1,1. Расход мазута В_м = 8 + №/10 кг/с, расход газа В_г = 6 + №/10 м³/с, состав мазута: С^р = 80 + №/20 %; H^р = 13 – №/20 %; S^р = 2,9%; N^р = 0,3%; O^р = 0,1%; W^р =3,4%; A^р = 0,3%. Состав газа: СН₄ = 70 + №/10 %; СО = 3%; С₂Н₆ = 1,9%; N₂ – остальное.

Задача № 10.

Тепловая мощность котла 50 МВт;  = 85%. На котле сжигают природный газ следующего состава: : СН₄ = 85 - №/5 %; СО₂ = 3 + №/40 %; С₂Н₆ = 1 + №/40 %; N₂ – остальное. Как изменится расход воздуха, если с тем же избытком воздуха  = 1,1 и с тем же  стали сжигать доменный газ следующего состава: СО = 25 + N/5%; СО₂ = 25 - N/5%; N₂ = 35%; Н₂ = 10; СН₄ = 5%.

Задача № 11.

Рассчитать объемы и расход продуктов сгорания при сжигании твердого топлива, следующего элементного состава: С^р = 40 + №/2 %; H^р = 2 + №/10 %; S^р = 1 %; O^р = 10 - №/10 %; N^р = 1 %; W^р = 28 – №/2 %; A^р - остальное. Определить энтальпию продуктов сгорания при t = 1300⁰С и избытке воздуха =1,2. Расход топлива: 4 т/час; теплоемкость продуктов сгорания принять равной с_г =1,5 кДж/м³К; энтальпией золы пренебречь.

Задача № 12.

Рассчитать объемы и расход продуктов сгорания при сжигании газообразного топлива с расходом 1010³ м³/час при избытке воздуха =1,4. Состав топлива: СН₄ = 42 + №/2 %; СО = 32 - №/2 %; Н₂ = 10 %; Н₂S = 10 + №/10 %; остальное N₂. Определить энтальпию продуктов сгорания при t_ух = 130⁰С. Теплоемкость продуктов сгорания принять равной с_г = 1,4 кДж/(м³К).

Задача № 13.

Для условий задачи № 12 определить концентрации газовых компонентов в сухих продуктах сгорания. Рассчитать часовой выброс оксидов серы.

Задача № 14.

Состав топлива: С^г = 80 %; H^г = 20 %; А^р = №/2 %; W^р = № %. Во сколько раз теоретический объем продуктов сгорания больше объема теоретически необходимого количества воздуха.

Задача № 15.

Из результатов химического анализа известно, что содержание газов в продуктах сгорания составляет: О₂ = 5+№/30 %; CO = 1 %; H₂ = 2%; CH₄ = 1,75 %; CO₂ = 15+№ /5 %. Определить коэффициент избытка воздуха.

Задача № 16.

После проведения химического анализа продуктов сгорания за топкой и конвективной шахтой котла получены следующие данные. За топкой: О₂^т= 4+№/15 %; CO^т = 1,5 %; Н₂^т = 1%; СО₂^т = 15+№/5 %. За конвективной шахтой: О₂^к =6+№/15 %; СО^к = 1 %; СО₂^к =14+№/5 %. Определить присос в конвективную шахту.

Задача № 17.

Определить максимально возможное содержание сухих трехатомных газов в продуктах сгорания угля следующего состава: С^р = 43,4 +№/2 %; H^р = 4–№/15 %; O^р = 7 %; N^р = 0,8 %; S^р = 0,3 %. Рассчитать коэффициент избытка воздуха, если измеренная концентрация RO₂ = 10+№/15 %.

Задача № 18.

Определить максимально возможное содержание сухих трехатомных газов в продуктах сгорания природного газа следующего состава: СН₄ = 92+№/30 %; C₂H₆ =3,2 %; C₃H₈ = 0,4 %; C₄H₁₀ = 0,1 %; остальное N₂. Определить коэффициент избытка воздуха, если измеренная концентрация RO₂ = 5+№/15 %.

Задача № 19.

Концентрация кислорода в исходной смеси метан – воздух составляет 16 + №/15 %. Определить коэффициент избытка воздуха.

Тема: ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ТЕМПЕРАТУРА ГОРЕНИЯ, ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС.

Располагаемая теплота

,

где - теплота, вносимая в топку воздухом подогретого вне котла; - физическая теплота топлива.

Располагаемая теплота расходуется на производство полезной теплоты и тепловые потери

,

или

.

Наибольшей является потеря теплоты с уходящими газами

%,

где - энтальпия уходящих газов и теоретического количества холодного воздуха (при температуре 30 ºС; - коэффициент избытка воздуха в уходящих газах.

Потеря теплоты с химической неполнотой сгорания

, %.

Потеря теплоты с механической неполнотой сгорания

, %,

где а_шл и а_ун – соответственно доля золы в шлаке и в уносе, Г_шл и Г_ун – содержание горючих в шлаке и уносе, %; 32,7 – теплота сгорания коксовых частиц в шлаке и уносе, кДж/кг.

Потеря теплоты от наружного охлаждения q₅ находится в пределах от 0,2 до 2,5%.

Потеря теплоты с физической теплотой шлака

,

где - произведение температуры и теплоемкости шлака.

Коэффициент полезного действия котла равен

%.

Полезное тепловосприятие связано с паропроизводительностью котла соотношением

где - энтальпии перегретого пара и питательной воды, кДж/кг.

Теоретическая температура горения

, ⁰С.

Здесь: - теплоемкости сухих трехатомных газов, азота, паров воды и воздуха, соответственно, кДж/м³к, при данной температуре.

В диапазоне температур 1200-1600⁰С, в первом приближении можно принять теплоемкость продуктов сгорания равной =1,5 кДж/м³К, тогда

⁰С.

Задача № 20.

Задан состав топлива: С^г = 80 %; H^г = 10 %; О^г = 8 %; S^г = 1%; N^г = 1%; A^с = 10+№/2 %; W^р = 20+№/2 %. Определить теоретическую температуру горения при коэффициенте избытка воздуха =1,3. Топливо и воздух не подогревается. При расчете принять: с_в = 1,48 кДж/(м³К); = 2,4 кДж/(м³К); =1,9 кДж/(м³К); = 1,47 кДж/(м³К); энтальпией золы пренебречь.

Задача № 21.

Для условий задачи №20 определить, как изменится теоретическая температура горения, если воздух подогревается до температуры 350+№х2, ⁰С.

Задача № 22.

Задан состав газообразного топлива (доменный газ): СО = 15+№,%; CO₂ = 10%; H₂ = 5+№/10 %; CH₄ = 2+№/10 %; остальное N₂. Определить теоретическую температуру горения при коэффициенте избытка воздуха =1,3. Топливо и воздух не подогреваются. При расчетах принять: С_в = 1,48 кДж/(м³К); = 2,4 кДж/(м³К); =1,9 кДж/(м³К); = 1,47 кДж/(м³К).

Задача № 23.

Для условий задачи № 22 определить, как изменится теоретическая температура горения, если воздух подогревается до температуры 350+№х2, ⁰С.

Задача № 24.

Для условий задачи № 22 рассчитать какое количество природного газа с содержанием СН₄ = 96 %; С₂Н₄ = 2 %; N₂ = 2 % надо подмешать к доменному газу, чтобы теплота сгорания смеси стала равной 20 МДж/м³.

Задача № 25.

Определить максимально возможное содержание влаги в топливе, при котором возможно его сжигание в факеле. Состав топлива: С^г = 100 %; А^с =20+№ %; коэффициент избытка воздуха =1,3. Минимальная температура устойчивого горения t = 1200+№x3 ⁰C. Теплоемкость продуктов сгорания принять равной С_г = 1,5 кДж/(м³К).

Задача № 26.

Определить снижение выбросов СО₂ при получении 1 МВт тепловой мощности при замене твердого топлива на газообразное. Состав твердого топлива: С^г = 80 %; H^г = 2 %; О^г = 17%; S^г = 0,5 %; N^г = 0,5 %; A^с = 10+№/3 %; W^р = 10+№ /2%. Состав газообразного топлива: СН₄ = 90+№/10 %; C₂H₆ = 2%; C₃H₈ = 0,5 %; остаток N₂, к.п.д. сжигания 82 %.

Задача № 27.

Определить количество вырабатываемого пара давлением Р = 4 Мпа с температурой перегретого пара t_пп = 440 ⁰С (энтальпия перегретого пара i_пп =3308 кДж/кг) при сжигании в котле природного газа с расходом В = (8+№/8)10³ м³/час при коэффициенте избытка воздуха в уходящих газах _ух=1,4, при температуре t_ух = 160 ⁰С. Состав газа: СН₄ = 62+№/2 %; СО = 32 - №/2 %; Н₂ = 2 %; остальное N₂. При расчетах принять: С_г = 1,5 кДж/(м³К); q₅ = 0,8%; q₃ = 0%.

Задача № 28.

Определить потери теплоты с механической неполнотой сгорания при сжигании твердого топлива следующего состава: С^г = 80 %; H^г = 10 %; О^г = 8%; S^г =N^г = 1 %; A^с = 10+№/2 %; W^р = 10+№/2 %, если известно, что: а_шл = 0,5; Г_шл =27+№/2 %; Г_ун =31 – №/2 %.

Задача № 29.

Для условий задачи №27 определить каков должен быть расход мазута с теплотой сгорания = 41 МДж/кг для обеспечения той же паропроизводительности, при сохранении постоянного значения к.п.д. котла.

Задача № 30.

Рассчитать расход воздуха, подаваемого в топку котла для сжигания угля в плотном слое, если известно, что тепловое напряжение зеркала горения топки площадью F = 5+N/5, м² составляет q_F = 2+N/30, МВт. Коэффициент избытка воздуха  = 1,5.

Тема: КИНЕТИКА ГОРЕНИЯ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ

Скорость химического реагирования в соответствии с законом действующих масс может быть представлена в виде

где - концентрации исходных веществ, а - стехиометрические коэффициенты реакции

.

Константа скорости химического реагирования зависит от температуры по закону Аррениуса

где: - предэкспоненциальный множитель м/с; Е – энергия активации, кДж/кмоль; R = 8,314 кДж/кмольК – универсальная газовая постоянная; Т –температура, К.

Максимальная скорость реакции достигается в стехиометрической смеси. Концентрация горючего в смеси окислителем при которой достигается максимум скорости горения рассчитывается по уравнению реакции. Например, при горении метана в смеси с воздухом и азотом

где  - отношение концентраций азота и кислорода в окислителе (для воздуха  =79/21=3,76). Объемная доля метана при которой достигается максимум скорости реагирования составит

.

Скорость нормального распространения пламени связана с толщиной фронта горения  соотношением

,

где а – коэффициент температуропроводности, м²/с.

Длина факела диффузионной горелки l рассчитывается по выражению

.

Здесь: d – диаметр устья горелок,  _г и _в – плотности газа и воздуха, кг/м³.

Время горения одиночной капли жидкого топлива

, с.

Здесь: _к – плотность жидкого топлива, кг/м³; с_р – теплоемкость жидкого топлива, кДж/кгК;  - теплота испарения жидкого топлива, кДж/кг; _г – теплопроводность газа, Вт/мК; r_о – начальный радиус капли жидкого топлива, м; t_o и t_к – начальная температура капли и температура кипения жидкого топлива, ⁰С; t_г – температура газов, ⁰С.

Задача №31

Определить энергию активации и предэкспоненциальный множитель, если известно, что при t₁ = 700 + №*10 ⁰С константа скорости реакции равна k₁= 4, 4*10³ 1/с, а при температуре t₂=900 + №*10 ⁰С константа скорости k₂=7,2*10³ 1/с. Построить зависимость ln (k) = f(1/T).

Задача №32

Определить нормальную скорость распространения пламени, если в эксперименте на цилиндрической горелке радиусом 15 мм получено конусное пламя с высотой конуса h = 25 мм. В горелку подавался водород с расходом 3 + №/10 м³/с, который перед горелкой смешивали с воздухом. Коэффициент избытка воздуха равен 1,1 + 0,01*№.

Задача №33

Определить концентрацию метана в смеси с окислителем, состоящим из кислорода и азота, при которой скорость реакции СН₄+О₂ будет максимальна. Доля азота в смеси с кислородом составляет =2,5+№./30.

Задача №34.

Определить концентрацию водорода в смеси с окислителем, состоящим из кислорода и азота, при которой скорость реакции Н₂+О₂ будет максимальна. Доля азота в смеси с кислородом составляет =4-№./20.

Задача №35.

Диаметр горелки D₁=0,01 м, скорость проскока пламени в неё 0,5+№/30 м/с. Как изменится скорость проскока пламени при использовании горелки с диаметром D₂=100 мм.

Задача №36.

Известно, что скорость распространения пламени в смеси кислород- водород составляет 13+№/15. Какова будет толщина фронта пламени, если значение коэффициента температуропроводности составляет 2*10^-3 м²/с.

Задача №37.

Рассчитать длину факела диффузионной горелки при ее тепловой мощности равной N = 2, 5 + №/5 МВт. Состав газообразного топлива: СО = 15+№,%; CO₂ = 10%; H₂ = 5+№/10 %; CH₄ = 2+№/10 %; остальное N₂. Принять скорость истечения газа равной 50 м/с.

Задача №38.

Рассчитать полное время выгорания капли жидкого топлива начальным размером =1*10^-4*№ м и начальной температурой t_о=10С. Температура газов t_г=1500С, избыток воздуха =1,05,  _г=4*10^-2 Вт/(мК). Теплофизические свойства: теплоемкость топлива с_к =2,5 кдж/кг; теплота испарения топлива γ=1700 кДж/кг; температура кипения капли t_к=360 С; плотность топлива _к=900 кг/м³.

Тема: ГОРЕНИЕ УГЛЕРОДА

Удельный поток углерода

где: с_о – концентрация кислорода на бесконечном удалении от одиночной частицы углерода, кг/м³; ν = 0,375 – стехиометрический коэффициент; k – константа скорости химического реагирования, м/с; _д – коэффициент реакционного газообмена, м/с, рассчитываемый по формуле

Здесь: Sh – критерий Шервуда (для неподвижной одиночной частицы равен двум);  - диаметр сферической коксовой частицы, м; D – коэффициент молекулярной диффузии, м²/с.

Для процессов горения принимается как коэффициент взаимодиффузии кислорода и азота

.

Константа скорости химического реагирования рассчитывается по уравнению Аррениуса где энергия активации для разных топлив может быть принята равной (табл.2.)

Таблица 2.

Вид топлива	Бурый уголь	Каменный уголь	Антрацит
Е, кДж/кмоль	90 000	110 000	140 000

Предэкспоненциальный множитель k_o находят из уравнения

.

При известном содержании кислорода О₂ в газе, выраженного в процентах, массовая его концентрация определяется по выражению

кг/м³.

Концентрация кислорода на поверхности коксовой частицы:

кг/м³.

Высота слоя топлива, обеспечивающая сжигание с заданным избытком воздуха

, м..

Здесь: Sс = 0,7-0,74 – критерий Шмидта,  -коэффициент избытка воздуха,  = 0,44-0,52 – порозность слоя,  - средний диаметр частиц топлива, м.

Задача № 39.

Рассчитать константу химического реагирования и коэффициент реакционного газообмена при сжигании частицы бурого угля для диаметров: а)  =1+№/10 мм; б)  =10+№/10 мкм, при температуре t = 1300+№*10 С.

Задача № 40.

Для условий задачи № 39 определить область реагирования частиц топлива и рассчитать концентрацию кислорода на поверхности частицы.

Задача № 41.

Для условий задачи № 39 рассчитать полное время выгорания частицы топлива.

Задача № 42.

Рассчитать высоту плотного слоя при сжигании частиц антрацита средним диаметром  =25+№/10 мм; избытка воздуха  = 1,4; критерий Шмидта Sh =0,74.

Литература.

1. Хзмалян Д.М., Каган Я.А. Теория горения и топочные устройства. – М.: Энергия, 1976. – 488с.

2. Померанцев В.В. Основы практической теории горения. – Л.: Энергия, 1973. –264с.

3. Померанцев В.В. Сборник задач по теории горения. –Л.: Энергоатомиздат, 1983. – 152с.

4. Хзмалян Д.М. Теория топочных процессов: Учебное пособие для вузов.- М.: Энергоатомиздат, 1990.-352 с.

5. Виленский Т.В., Хзмалян Д.В. Динамика горения пылевидного топлива. –М.: Энергия, 1978. –248с.

6. Тепловой расчет котельных агрегатов (нормативный метод)/ Н.В.Кузнецов, В.В.Митор, И.Е.Дубовский, Э.С.Карасина. –М.: Энергия, 1973. –295с.

7. Белосельский Б.С., Соколов В.К. Энергетическое топливо. – М.: Энергия, 1980. –168с.

8. Бабий В.И., Куваев Ю.Ф. Горение угольной пыли и расчет пылеугольного факела. М.: Энергоатомиздат, 1986. 208 с.