Страница 16 из 16
где у – весовое содержание газа в смеси, ρ – его плотность.
С учетом этого для уравнения (2.27) получим в МДж/кг:
На основании уравнения Менделеева-Клайперона для идеальных газов плотность любого газа при заданной температуре Т и давлении Р рассчитывают по формуле:
где ρ0 – плотность газа при нормальных условиях (Р0 = 760 мм рт.ст и Т0 = 273,15 К). Расчеты упрощаются для природного газа, т. к. он состоит в основном из метана (более 90 %), а для него ρ0 = 0,72 кг/м3.
Высшая теплота сгорания сухого газообразного топлива (МДж/кг) может быть определена по формуле:
2.5 Расчет процесса горения топлива
Горение топлива – сложный физико-химический процесс взаимодействия топлива с окислителем (кислородом воздуха), сопровождающийся интенсивным выделением тепла и быстрым подъемом температуры.
Если топливо и окислитель находятся в одинаковом фазовом состоянии, то горение называется гомогенным. Если топливо и окислитель находятся в разных фазовых состояниях, то горение называется гетерогенным. Горение газового топлива является процессом гомогенным, а горение, например, дробленого угля или мазута в потоке воздуха – гетерогенным.
Скорость химического взаимодействия в процессе гомогенного горения может быть выражена через изменение концентраций реагирующих веществ C в единицу времени τ c учетом константы скорости реакции k. Для простейшего случая – реакция первого порядка выражается уравнением:
Интегрирование уравнения (2.31) позволяет получить кинетическое уравнение процесса горения вида:
где С0 – начальная концентрация вещества.
Закон действующих масс можно применять и для гетерогенных реакций. В этом случае в выражения закона действующих масс входят только концентрации газообразных веществ.
Скорость реакции в сильной степени зависит от температуры. Как известно, эта зависимость выражается законом Аррениуса:
где k0 – постоянная, определяемая экспериментально; R – газовая постоянная, кДжДмоль ∙К); T– термодинамическая температура, К; Е – энергия активации.
Если известен элементарный состав топлива Ср, Нр, Ор и Sр (в процентах по весу), то необходимое для сгорания теоретическое количество воздуха можно определить следующим образом. Запишем реакции полного горения составляющих топлива:
Реакция для водорода (2.24) записана выше. Из этих уравнений количество кислорода для сгорания 1 кг элементов топлива составит для С – 32/12 =2,67; для S – 1; для Н – 32/4=8.
Состав воздуха в объемных % обычно принимается [1] 21 % кислорода и 79 % азота. Мольная масса воздуха составит:
М = 0,21∙32 + 0,79∙28 = 28,8 кг/моль.
Состав воздуха в массовых % составит 0,21∙32/28,8=0,233 % кислорода и 0,79∙28/28,8 = 0,768 % азота. С учетом доли кислорода необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива составит для С —2,67/0,233 = 11,5; для S (как и для О) – 1/0,233=4,3; для Н – 8/0,233 =34,5. С учетом выражения элементарного состава топлива в процентах по весу, получим теоретическое количество абсолютно сухого воздуха для сжигания 1 кг твердого или жидкого топлива составит:
Теоретическое количество абсолютно сухого воздуха Lо, необходимое для сжигания 1 кг твердого или жидкого топлива, может быть рассчитано также по приближенной формуле [5]:
Практически для полного сгорания топлива в топку вводят больше воздуха, чем рассчитано теоретически. Отношение этих количеств называют коэффициентом избытка воздуха α. Кроме того, в камеры смешения вводят атмосферный воздух для понижения температуры продуктов сгорания до пределов, допустимых при сушке тех или иных материалов. Для тепловых расчетов сушилки устанавливают общий коэффициент избытка воздуха α = L
Конец ознакомительного фрагмента.
Текст предоставлен ООО «ЛитРес».
Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на ЛитРес.
Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.