Как найти объем продукта сгорания

РАСЧЕТ ОБЪЕМОВ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ

ОБЪЕМ ПРОДУКТОВ СГОРАНИЯ ГАЗОВ

В случае полного сгорания отходящие из топки газы будут содержать: во-первых, газы, получившиеся после сгорания угле­рода, водорода и летучей серы, а именно С02, Н20 и S02, далее азот N2 в —нейтральный газ, пришедший в топку с кислородом воздуха, азот из состава топлива N2 т и, наконец, кислород избы­точного воздуха. Для удобства подсчетов продукты сгорания разделяются на водяные пары и сухие газы. Таким образом, в слу­чае полного сгорания состав сухих продуктов сгорания в процентах по объему равняется

При производстве газового анализа путем поглощения водным раствором едкого кали С02 из газов вместе с углекислотой погло­щается в значительной степени и S02; таким образом, отсчет при­бора дает сумму этих газов, выражаемую символом R02; тогда предыдущее равенство напишется так

В случае неполного сгорания в состав отходящих из топки газов включаются различные по своей структуре угле­водороды, окись углерода, а иногда и чистый водород. Газовый анализ, а также формулы подсчета объемов и прочих величин чрезвычайно осложняются, чем уменьшается возможность их ши­рокого применения в эксплуатационной практике котельных. Рас­сматривая только котельные установки и исключая специальные печные устройства, где иногда по технологическому процессу тре­буется вести сгорание со значительной химической неполнотой, все стремление должно быть направлено к тому, чтобы свести непол­ноту сгорания к возможному минимуму. Поэтому, как правило, котельная установка работает или при полном сгорании, или с не­значительной химической неполнотой. Это обстоятельство позво­ляет для упрощения расчетов сделать допущение, считая, что единственным продуктом неполноты сгорания является один из наиболее трудно поддаю­щихся выжиганию газ СО. При незначительности вообще потери от химической неполноты сгорания эта неточность не внесет сколько-нибудь существенных искажений в дальнейшие под­счеты. С учетом сделанных замечаний уравнения состава сухих отходящих газов в общем случае при наличии неполноты сгорания могут быть написаны так:

По общепринятой методике объемы продуктов сгорания и воздуха выражаются в кубических метрах при нормальных условиях (0 °С и 760 мм рт. ст.) при сжигании 1 кг твердого или жидкого топлива или 1 м 3 газового топлива.

Действительные объемы продуктов сгорания при избытке воздуха в газоходах α > 1 определяют по формуле, м 3 /кг (м 3 /м 3 )

Объемы газов и водяных паров определяются по среднему значению коэффициента избытка воздуха в поверхности нагрева α ср, равному полусумме значений на входе в поверх­ность и на выходе из нее.

объем азота, м 3 /кг

объем трехатомных газов, м 3 /кг

VRO =0,01866(C p + 0,375S p ) ;

объем водяных паров, м 3 /кг

При сжигании газообразного сухого топлива расчет и продуктов сгорания м 3 /м 3 газа, производится на основании процентного состава ком­понентов, входящих в него:

Теоретический объем азота, м 3 /м 3

объем трехатомных газов, м 3 /м 3

теоретический объем водяных паров, м 3 /м 3

где d г — влагосодержание газообразного топлива (можно принять dг = 10 г/м 3 ).

объем дымовых газов, м 3 /кг(м 3 )

Действительные объемы продуктов сгорания при α > 1 для всех видов топлива

Действительные объемы продуктов сгорания при избытке воздуха в газоходах α > 1 определяют по формуле, м 3 /кг (м 3 /м 3 )

Дата добавления: 2014-01-11 ; Просмотров: 2620 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Расчет объема продуктов горения

Для расчета применим формулу для ТГВ:

[м 3 ] ,где

Sni–суммарное количество килограмм-молей продуктов горения,

m – масса горючего (дается в условии задачи),

Vt– обьем 1-го киломолявещества при заданных условиях,

М – молярная масса,

Читайте также:  Fiat ducato объем масла двигателя

Vпг объем продуктов горения.

Так как давление и температура по условиям задачи не соответствуют нормальным (Ро=101325 Па, tо=0 о С), то объем одного киломоля вещества рассчитываем по формуле:

[м 3 ],

где Р и t – заданные температура и давление

Процентный состав продуктов горения рассчитывается, исходя их общего числа килограмм-молекул продуктов горения. Общее число килограмм-молекул продуктов горения Sniпринимаем за 100% и по пропорции вычисляем процентное содержание каждого компонента продуктов горения.

[%] , аналогично и для других продуктов горения.

Рассчитаем объем выделившихся продуктов горения 13 кг семикарбазона при нормальных условиях, горение протекает с избытком воздуха, равным 2,2.

1) Определяем необходимую формулу: [м 3 ]

2) Определяем сумму Sni(это сумма коэффициентов, стоящих перед элементами продуктов горения, т.е количество киломолей продуктов горения) для a=2,2:

2.2) Так как a¹1, то определяем количество киломолей избыточного О2и N2

3) Общее количество киломоль:

кмоль

4) [м 3 ],

6) [м 3 ]

7) %

2О =

%N2 =

4. Определение низшейQни высшейQвтеплоты сгорания семикарбазонапо формуле Д.И. Менделеева

Формулы имеют вид:

где С, Н, О, N, S, W – содержание (в %) соответствующего химического элемента в веществе (задается по условию или рассчитывается через молярную массу).

Определим низшую и теплоту сгорания Qни QВ длясемикарбазонаC8H15ON3

1) Определим процентное содержание % С,%Н,%О,% N в веществе:

% С =96:169´100 = 56,8 %

Qн=339×56,8+1256×8,88-109(9,47+24,85-0)-25(9×9,47+0) =25559,61 кДж/кг

5. Расчет нижнего φни верхнего φвконцентрационногопредела распространения пламени

φн –нижний КПРП

φв – верхний КПРП

Значения a и b (табличные):

— для НКПРП: а = 8,684, b=4,679

— для ВКПРП:a = 0,768, b = 6,554, т.к. β> 7,5

φн=

φв=

Источник

Расчет объема и процентного состава продуктов горения

Состав продуктов горения зависит от химической природы горючего материала и условий его горения. Практически всегда органические вещества горят с образованием продуктов полного и неполного горения.

К продуктам полного сгорания относятся: углекислый газ, образующийся при горении углерода, разложении карбонатов; водяной пар, образующийся при горении водорода и испарении влаги в исходном веществе; оксид серы (IV) SO2 и азот – продукты горения соединений, содержащих серу и азот.

Продукты неполного сгорания – это оксид углерода (II) – угарный газ СО, сажа С, продукты термоокислительного разложения – смолы.

Неорганические вещества сгорают, как правило, до соответствующих оксидов.

Выход продуктов горения количественно установить невозможно из-за чрезвычайной сложности их состава, поэтому материальный баланс процесса горения рассчитывается из предположения, что вещество сгорает полностью до конечных продуктов. При этом в состав продуктов горения включают также азот воздуха, израсходованного на горение, и избыток воздуха при a > 1.

Как и в случае расчета объема воздуха, необходимого для горения, свои особенности имеет расчет продуктов горения для индивидуальных веществ, смеси газов и веществ с известным элементным составом.

2.2.1. Горючее – индивидуальное химическое соединение

В случае индивидуального химического соединения объем и состав продуктов горения рассчитывается по уравнению реакции горения.

Расчет объема и процентного состава продуктов горения индивидуального вещества Пример 2.8. Определить объем и состав в объемных % продуктов горения, образовавшихся при сгорании 3 кг бензола С6Н6. Температура 20 0 С, давление 770 мм рт.ст., коэффициент избытка воздуха a = 1,4.

1. Записываем уравнение реакции горения

=7,5×4,76×23,7 м 3 =6×23,7 м 3 =3×23,7 м 3 =7,5×3,76×23,7 м 3

2. Рассчитаем, какой объем занимает 1 кмоль газообразных веществ при заданных температуре и давлении.

м 3 /кмоль

3. Теоретический объем продуктов горения (VПГ) определяем по уравнению реакции.

VПГ = 33,9 м 3

4. Горение протекает с коэффициентом избытка воздуха, следовательно, в состав продуктов горения войдет избыточный воздух DVв.

Читайте также:  Как найти объем плотины

Для расчета избытка воздуха по уравнению реакции найдем теоретический объем воздуха, необходимый для полного сгорания бензола:

Vв теор = х1 = = 32,5 м 3

Избыток воздуха определим по формуле (3.4):

DVв= Vв теор (a -1) = 32,5(1,4 – 1) = 13 м 3

С учетом избытка воздуха практический объем продуктов горения составит:

5. Иногда возникает необходимость рассчитать объем отдельных компонентов продуктов горения и их процентный состав.

В этом случае по уравнению реакции определяем объем СО2, Н2О и N2.

V(СО2) = х2 = = 5,47 м 3

V(Н2О) = х3 = = 2,73 м 3

V(N2) = х4 = = 25,71 м 3

DVв= 13 м 3 (рассчитано в п.4)

Объемная концентрация каждого компонента смеси рассчитывается следующим образом:

j об (СО2) = = = 11,7 %

j об (Н2О) = = = 5,8 %

j об (N2) = = = 54,8 %

j об (DVв) = = = 27,7 %

Обратите внимание, что более половины объема всех продуктов горения – это азот воздуха, израсходованного на горение. Если же горение протекает с коэффициентом избытка воздуха a > 1, то избыточный воздух также составляет значительную часть продуктов горения.

2.2.2. Горючее – смесь газов и паров

При расчете продуктов горения газовой смеси необходимо знать, какой объем продуктов горения выделяются при сгорании 1 м 3 каждого горючего газа смеси. Далее, зная процентное содержание (в объемных %) каждого горючего газа, вычислить суммарный объем образовавшихся продуктов горения. Если горение протекает с избытком воздуха, то в состав продуктов горения необходимо включить и избыточный воздух.

Расчет объема и процентного состава продуктов горения газовой смеси Пример 2.9. Определить объем и состав продуктов горения 10 м 3 природного газа следующего состава (в % объемных): метан СН4 – 75 %, этан С2Н6 – 4 %, пропан С3Н8 – 2 %, углекислый газ СО2 – 19 %. Горение протекает при a = 1,2.

1. Составляем уравнение реакции горения для всех горючих газов смеси:

Для газообразных веществ отношение числа моль равно отношению объемов, следовательно, стехиометрические коэффициенты для каждого вещества в реакции горения – это и есть объем в м 3 каждого компонента продуктов горения, выделившийся при сгорании 1 м 3 горючего газа.

По уравнению реакции можно определить, что при сгорании 1 м 3 метана СН4 образуется 1 м 3 СО2, 2 м 3 Н2О и 2×3,76 м 3 N2.

При сгорании 1 м 3 этана С2Н6 образуется 2 м 3 СО2, 3 м 3 Н2О и 3,5×3,76 м 3 N2.

При сгорании 1 м 3 этана С3Н8 образуется 3 м 3 СО2, 4 м 3 Н2О и 5×3,76 м 3 N2.

2. Определим теоретический объем продуктов горения.

Суммарный объем углекислого газа, образовавшегося при сгорании 1 м 3 газовой смеси определяется с учетом процентного состава каждого горючего компонента газовой смеси, и также включается объем углекислого газа, входящий в состав исходной газовой смеси:

V(СО2) = =

= = 1,08 м 3

При сгорании 10 м 3 газовой смеси объем образовавшегося углекислого газа составит:

Аналогично рассчитываем объем паров воды, образовавшийся в результате сгорания 1 м 3 смеси газов:

V(Н2О) = = 1,7 м 3

При сгорании 10 м 3 газовой смеси объем паров воды будет:

Объем азота в продуктах горения составит для 1 м 3 природного газа:

V(N2) = = 6,55 м 3 ,

Теоретический объем продуктов горения 10 м 3 газовой смеси составит:

2. Горение протекает с коэффициентом избытка воздуха a = 1,2, следовательно, в состав продуктов горения войдет и избыток воздуха. Для его расчета по формуле (3.6) определяем теоретический объем воздуха, необходимый для горения данной газовой смеси:

Vв теор = = 82,9 м 3

Избыток воздуха определим по формуле (3.4):

С учетом избытка воздуха практический объем продуктов горения составит:

2. Определим процентный состав продуктов горения:

j об (СО2) = = = 9,8 %

Читайте также:  Как использовать весь объем оперативной памяти

j об (Н2О) = = = 15,5 %

j об (N2) = = = 59,6 %

j об (DVв) = = = 15,1 %

2.2.3. Горючее – сложное вещество с известным элементным составом

В этом случае теоретический выход продуктов горения определяется как сумма продуктов горения каждого элемента, входящего в состав вещества.

Рассчитаем, какой теоретический объем продуктов горения образуется при сгорании 1 кг каждого элемента при нормальных условиях.

12 кг 22,4 м 3 3,76×22,4 м 3

V(СО2) = х1 = = 1,87 м 3

V(N2) = х2 = = 7,0 м 3

1 кг 0,5×22,4 м 3 0,25×3,76×22,4 м 3

V(Н2О) = х1 = = 11,2 м 3

V(N2) = х2 = = 21,0 м 3

32 кг 22,4 м 3 3,76×22,4 м 3

V(SО2) = х1 = = 0,7 м 3

V(N2) = х2 = = 2,63 м 3

31 кг 0,5×22,4 м 3 1,25×3,76×22,4 м 3

V(Р2О5) = х1 = = 0,36 м 3

V(N2) = х2 = = 3,4 м 3

В состав горючего вещества может входить азот, влага, которые удаляются вместе с продуктами горения.

Объем 1 кг азота при нормальных условиях составит:

V(N2) = = 0,8 м 3

При нормальных условиях 1 кг паров воды займет объем:

V(Н2О) = = 1,24 м 3

Если в состав горючего вещества входит кислород, то при горении он будет расходоваться на окисление горючих компонентов (углерода, водорода, серы, фосфора) и, поэтому из воздуха на горение будет израсходовано кислорода меньше на количество, которое содержалось в горючем веществе. Следовательно, в продуктах горения и азота будет меньше на количество, которое приходилось бы на кислород, если бы он находился не в горючем веществе, а в воздухе.

На 1 кг кислорода в воздухе будет приходиться объем азота, равный

V(N2) = = 2,63 м 3

Полученные значения выходов продуктов горения элементов приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1.Теоретический объем продуктов горения элементов сложных веществ при нормальных условиях

Элемент Объем продуктов горения (м 3 ) на 1 кг вещества
СО2 Н2О SO2 Р2О5 N2
Углерод 1,87 7,0
Водород 11,2 21,0
Сера 0,7 2,63
Фосфор 0,36 3,4
Азот в горючем 0,8
Азот за счет кислорода в горючем — 2,63
Влага в горючем 1,24

Используя данные таблицы 3.1., можно вычислить объем продуктов горения любого вещества с известным элементным составом.

Пусть w (С), w (Н), w (S), w (О),w (N) – – массовые доли элементов в веществе, %; w (W) – содержание влаги в веществе, %.

Тогда общие формулы для расчета каждого компонента продуктов горения при сгорании заданной массы (m) вещества будут иметь следующий вид:

V(СО2) = , м 3 (2.9)

V(H2O) = , м 3 (2.10)

V(SО2) = , м 3 (2.11)

V(N2) = , м 3 (2.12)

Расчет объема и процентного состава продуктов горения вещества сложного элементного состава Пример 2.10. Определить объем и процентный состав продуктов горения 5 кг каменного угля следующего состава (в %): С – 75,8 %, Н – 3,8 %, О – 2,8 %, S – 2,5 %, N – 1,1 %, W – 3,0 %, зола – 11,0 %. Горение протекает при a = 1,3, условия нормальные.

1. По формулам (2.9) – (2.12) определяем объем каждого компонента продуктов горения 5 кг каменного угля.

V(СО2) = 5× = 7 м 3

V(H2O) = 5× = 2,31 м 3

V(SО2) =5× = 0,085 м 3

V(N2) = 5× = 33,14 м 3

VПГ = 7 + 2,31 + 0,085 + 33,14 = 42,5 м 3

2. Горение протекает с коэффициентом избытка воздуха 1,3, следовательно, в состав продуктов горения будет входить избыточный воздух.

По формуле (2.8) определяем теоретический объем воздуха, необходимый для горения данной массы образца угля:

Vв теор = 5 × = 38,6 м 3

Избыток воздуха определим по формуле (2.4):

С учетом избытка воздуха практический объем продуктов горения составит:

3. Определим процентный состав продуктов горения:

j об (СО2) = = = 12,9 %

j об (Н2О) = = = 4,3 %

j об (SО2) = = = 0,2 %

j об (N2) = = = 61,2 %

j об (DVв) = = = 21,4 %

Источник

Поделиться с друзьями
Объясняем