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:

1. Теплота сгорания топлива
2. Количество необходимого для горения окислителя
3. Теоретическая и калориметрическая температура горения
4. 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:

;

.