Теоретическая температура горения

Топливо и его горение

Основным источником энергии для металлургической промышленности является топливо.

Под топливом понимают вещество, горение которого сопровождается выделением значительного количества тепла и которое отвечает следующим требованиям:

1. запасы должны быть достаточными для того, чтобы их было экономически выгодно добывать и попользовать;
2. продукты сгорания должны легко удаляться из зоны горения;
3. продукты сгорания должны быть безвредны для окружающего мира и самих тепловых устройств;
4. процесс горения должен быть легко управляем.

Этим требованиям отвечают органические соединения, содержащие углерод С и водород Н и их соединения.

Все виды топлива подразделяют на естественное и искусственное, каждое из которых в свою очередь подразделяются на твердое, жидкое, газообразное.

Химический состав топлива.

Топливо состоят из горючей массы и балласта. К горючим компонентам относятся С, Н, S (сера органическая и колчеданная). В состав топлива входят азот N (не горит, теплоноситель), кислород О (окисляет горючие компоненты).

Кроме этого в топливе всегда присутствуют вода и зола. Вода, содержащаяся в топливе, подразделяется на гигроскопическую, химически связанную и внешнюю, которая механически удерживается в топливе и теряется при сушке.

Зола – это негорючая минеральная часть топлива, состоящая из Al2O3, Fe2O3, Si2O3, CaO и др.

Элементарный анализ топлива.

Состав рабочего топлива:

СР + HР + OР + NР + SР + AР + WР = 100%

Пересчет состава топлива с любой массы на рабочее топливо выполняется по одному из следующих выражений:

Теплота сгорания топлива.

Количество выделившегося тепла при сжигании топлива связано с химическим составом топлива.

Количество тепла, которое выделяется при сжигании единицы топлива, называется теплотой сгорания топлива Q. Ее размерности: кДж/кг (ккал/кг), кДж/м3 (ккал/м3) или кДж/кмоль (ккал/кмоль).

В технике различают высшую Qв и низшую Qн теплоту сгорания топлива. Под низшей теплотой сгорания понимают то количество тепла, которое выделяется при сжигании единицы топлива до продуктов полного сжигания при условии, что вода, содержащаяся в продуктах сгорания, находится в виде пара, охлажденного до 20оС.

Теплота сгорания топлива определяется по следующим формулам:

для твердого и жидкого топлива:

для газообразного:

,

где CP, HP, CO, H2 и т.д. – составляющие топлив, %;

4, 187кДж = 1ккал.

Условное топливо.

Для удобства планирования, учета и сравнения различных видов топлива введено понятие условного топлива, которое характеризуется низшей теплотой сгорания

.

Для перевода натурального топлива в условное находится эквивалент данного топлива:

для твердого и жидкого:

для газообразного:

.

Перерасчет расхода натурального топлива Вр на условное Ву осуществляется по формуле:

Газообразное топливо.

Газообразное топливо по сравнению с твердым и жидким топливом обладает следующими преимуществами:

1. возможностью лучшего смешения газа с воздухом и, следовательно, сжиганием с меньшим избытком воздуха;
2. легкостью подогрева перед сжиганием;
3. отсутствием золы;
4. транспортабельностью и удобством учета расхода газа;
5. простотой обслуживания горелочных устройств.

Недостатки: взрывоопасность, малая объемная масса (требуются большие емкости для хранения).

Природный газ – наиболее дешевое топливо. Его основным горючим компонентом является метан CH4 = 95%.

Искусственные газы:

1. коксовый газ – продукт коксования углей;

горючие компоненты – Н2 = 46-60%; СН4 = 20-30%; МДж/м3;

1. доменный (колошниковый) газ получают в процессе доменной плавки, содержит около 30% СО; МДж/м3.

Жидкое топливо.

Естественное жидкое топливо – нефть. Как топливо ее используют редко.

Искусственное жидкое топливо – это продукты переработки нефти: бензин, лигроин, керосин, газойль и др. Остаток переработки – мазут. Мазут – топливо металлургической промышленности и энергетики. Перед сжиганием мазут нагревают до 70-80оС с целью понижения его вязкости. Состав мазута – это соединения углеродов. С = 85-88%; Н2 = 10%; МДж/кг.

Твердое топливо.

Это каменный и бурый угли, антрацит, горючие сланцы, торф.

Основной метод переработки угля – коксование, заключающийся в сухой перегонке топлива путем нагрева угля без доступа воздуха при температурах 900-1100оС в коксовых печах. Получается спекшийся кокс, пористый, механически прочный, применяемый в металлургии, в основном для выплавки чугуна. Содержание С=75-85%; МДж/кг.

Тепловой баланс процесса горения. Расчёт температуры горения

Под температурой горения понимают максимальную температуру, до которой нагреваются продукты горения. В технике и пожарном деле различают теоретическую, калориметрическую, адиабатическую и действительную температуру горения.

Теоретическая температура горения – это температура, при которой выделившаяся теплота горения смеси стехиометрического состава расходуется на нагрев и диссоциацию продуктов горения. Практически диссоциация продуктов горения начинается при температуре выше 2 000 К.

Калориметрическая температура горения – это температура, которая достигается при горении стехиометрической горючей смеси, с начальной температурой 273 К и при отсутствии потерь в окружающую среду.

Адиабатическая температура горения – это температура полного сгорания смесей любого состава при отсутствии тепловых потерь в окружающую среду.

Действительная температура горения – это температура горения, достигаемая в условиях реального пожара. Она намного ниже теоретической, калориметрической и адиабатической, т.к. в реальных условиях до 40 % теплоты горения обычно теряется на излучение, недожог, нагрев избытка воздуха и т.д.

Экспериментальное определение температуры горения для большинства горючих веществ представляет значительные трудности, особенно для жидкостей с твёрдых материалов. Однако в ряде случаев теория позволяет с достаточной для практики точностью вычислить температуру горения веществ, основываясь только на знании их химической формулы, состава исходной горючей смеси и продуктов горения.

В общем случае для вычислений используется следующая зависимость (приближённая, так как :

Qпг = Vпг ×Ср ×Тг,

(20)

где Qпг

— энтальпия продуктов горения;

Vпг

— количество продуктов горения, м3/кг;

Ср

— средняя объемная теплоемкость смеси продуктов горения в интервале температур от
Т0
до
Тг
, кДж/(м3×К);

Тг

— температура горения, К.

Энтальпия продуктов горения определяется из уравнения теплового баланса:

Q пг = Qh + Q исх – Qпот,

(21)

где Q пот = Q и + Qнедож + Qдисс

. (22)

В зависимости от рода учитываемых потерь теплоты в зоне горения (на излучение, недожог, диссоциацию продуктов горения) вычисляется та или иная температура.

При кинетическом горении газопаровоздушных смесей потери теплоты из зоны горения пренебрежимо малы, поэтому для этих смесей действительная температура горения близка к адиабатической, которую и используют в пожарно-технических расчетах.

Среднюю теплоемкость смеси продуктов горения определить очень сложно. Ориентировочно энтальпия смеси продуктов горения может быть выражена как сумма энтальпий ее компонентов:

Q пг = S (V пг )i ( Ср )i × Тг ,

(23)

где (Vпг ) i

— количество i-го компонента продуктов горения;

Ср

— средняя объемная теплоемкость i-го компонента при
Тг
и постоянном давлении;

Тг

– температура горения.

При расчётах температуры горения пользуются величиной Qн

(низшей теплотой сгорания), так как при температуре горения вода находится в газообразном состоянии. Значения низшей теплоты сгорания вещества (тепловой эффект химической реакции) приводится в справочной литературе, а также может быть рассчитана из следствия закона Гесса:

(24)

где — теплота образования i-го вещества, ni

– количество молей i-го вещества.

Согласно следствию из закона Гесса, тепловой эффект химической реакции равен разности сумм теплот образования продуктов реакции и теплот образования исходных веществ. Напомним из курса химии, что теплота образования простых веществ (кислорода, азота и др.) равна нулю.

Например, рассчитаем теплоту сгорания (тепловой эффект) этана

С2Н6 + 3,5 ×(О2 + 3,76 N2) = 2 CО2 + 3 Н2О + 3,76 ×3,5 N2

Низшая теплота сгорания, согласно следствию из закона Гесса равна:

(25)

Подставляя значения теплоты образования СО2, Н2О и С2Н6 из справочных данных определяют низшую теплоту сгорания этана.

При сгорании смеси индивидуальных веществ сначала определяют теплоту сгорания каждого компонента, а затем их суммируют с учётом процентного содержания каждого горючего вещества в смеси

(26)

Если горючее является сложным веществом и его элементный состав задан в массовых процентах, то для расчёта теплоты сгорания используют формулу Менделеева:

(27)

где С, Н, О, N, S

– процентное содержание данного элемента в горючем веществе;

W

– содержание влаги в масс. %.

Для расчёта температуры горения составим уравнение теплового баланса, считая, что выделившееся в результате сгорания тепло нагревает продукты горения от начальной температуры Т0

до температуры
Тг.
, (28)

гдеh —

коэффициент теплопотерь (доля потерь тепла на излучение, а также в результате неполноты сгорания);

—

теплоёмкость i-го продукта горения при постоянном давлении, кДж/моль К;

— объём i-го продукта горения, м3.

Расчёт объёма продуктов горения (СО2, Н2О, SO2, N2) проводится по следующим формулам:

; (29)

; (30)

; (31)

. (32)

Из уравнения теплового баланса

. (33)

Трудность в определении температуры горения по этой формуле заключается в том, что теплоёмкость газа зависит от температуры. Так как газы нагреваются от температуры Т0

до температуры
Тг
, то в формулу (33) необходимо подставить среднее значение теплоёмкости именно в этом интервале температур. Но температура горения нам неизвестна и мы хотим её найти. В этом случае можно поступить следующим образом. Среднее значение температуры горения большинства веществ в воздухе составляет примерно 1500 К. Поэтому с небольшой погрешностью в определении Тг для расчётов можно взять среднее значение теплоёмкости в интервале температур 273-1500 К. Эти значения для основных продуктов горения приведены в табл. 19.

Таблица 19

Средние значения теплоёмкостей основных продуктов горения в интервале температур 273-1500°С

Среднее значение теплоёмкости некоторых газообразных веществ в различных температурных интервалах приведены также в табл. VII приложения.

Рассмотри примеры решения задач на расчёт температуры горения.

Горение топлива.

Горением называют химический процесс соединения топлива с окислителем, сопровождающийся интенсивным тепловыделением и быстрым подъемом температуры продуктов сгорания.

Объем движущихся газов, в котором совершаются процессы горения, называется пламенем.

В зависимости от величины коэффициента расхода n (отношение действительного расхода к теоретическому), условий смешения окислителя и топлива, горение топлива бывает полное или неполное.

1. Полное горение топлива получается при n ≥ 1 и полном смешении топлива с окислителем.

Продуктами полного горения являются СО2, Н2О, SO2,.

1. Неполное горение:

1. химический недожог получается при n ≤ 1;
2. механический недожог получается при n ≥ 1 из-за плохого смешения окислителя с топливом, кроме того, унос частиц с газом, провалом твердого топлива сквозь колосниковую решетку.

Неполное горение вызывает потерю тепла (топлива). При неполном горении в продуктах горения наряду с CO2, O2, SO2, H2O, N2 содержится CO, H2, CH4.

Следует помнить, что основную роль для обеспечения полного сжигания топлива при n ≥ 1 играет стадия смешения топлива с окислителем.

Горение газообразного топлива.

Процесс горения любого топлива разделяется на две стадии: воспламенение и непосредственное горение.

Полное сгорание основных горючих составляющих газообразных топлив происходит по следующим реакциям:

CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O + 8580ккал/нм3;

H2 + ½O2 = H2O + 2580ккал/нм3;

CO + ½O2 = CO2 + 3022ккал/нм3.

Неполное горение метана:

СН4 + ½О2 = СО + 2Н2 + 396ккал/нм3.

Горение газообразного топлива бывает кинетическое и диффузорное:

• под кинетическим горением понимают горение газовой смеси горючего и окислителя; в этом случае полное время процесса определяется только скоростью химической реакции;
• при диффузорном горении процессы смешения и горения происходят в одном объеме; лимитирующим процессом является процесс смешения – физический процесс, протекающий с меньшей скоростью, чем собственно процесс горения.

Горение жидкого топлива.

В условиях промышленных печей жидкое топливо (обычно мазут) сжигают в распыленном состоянии. Кинетика горения: жидкое топливо, распыленное до мелких капель, попадая в пространство печи, нагретое выше температуры самовоспламенения, начинает испаряться, дальше смешивается с окислителем и горит.

Горение твердого топлива.

Процесс горения твердого топлива может быть разделен на следующие стадии:

• подогрев и подсушка топлива;
• процесс пирогенного разложения топлива с выделением летучих и образованием коксового остатка;
• горение летучих, горение коксового остатка (углерод).

Полное горение углерода:

С + О2 = СО2 + 7980ккал/(кг оС);

Неполное горение углерода:

2С + О2 = 2СО + 2340ккал/(кг оС).

Октановое число

Наименование марки топлива состоит из букв и цифр. Буквы А или АИ означают способ выявления октанового числа: А цифра означает октановое число (92, 95).

Наименование октанового числа показывает такое качество, как устойчивость топлива к возгоранию. Цифра эта условная. В качестве эталона используется изооктан, устойчивость к возгоранию которого очень высокая, и равняется 100. Разметка октанового числа была создана в начале прошлого века. Оно выявлялось составом изооктана в меси с нормальным гептаном.

Соответственно, топливо марки АИ 92 эквивалентно по своей устойчивости к возгоранию 92% смеси изооктана с гептаном, АИ 95 – 95%. Октановое число может быть выше 100, если антидетонационные качества бензина выше, чем у чистого изооктана.

Данное значение очень важное, так как возгорание приводит к быстрой деформации цилиндро-поршневой группы. Обусловлено это скоростью распространения языков пламени – до 2,5 км в секунду, тогда как в оптимальных условиях огонь распространяется со скоростью не больше 60 метров в секунду.

Чтобы увеличить антидетонационные качества, можно или добавить присадки, в которых содержится свинец, или поменять фракционный состав при получении. Первый вариант можно легко получить из топлива АИ 92, АИ 95 или 98, но на сегодняшний день от него отказались.

Так как, хотя такие присадки намного увеличивают эксплуатационные характеристики бензина и имеют низкую себестоимость, они также очень токсичны и оказывают пагубное влияние на экологию, чем чистое топливо.

А также разрушают каталитический нейтрализатор транспортного средства (температура сгорания этилированного топлива выше, чем у неэтилированного, в итоге керамические соединения нейтрализатора спекаются, и устройство подвергается поломке).

В качестве присадок могут быть применены и другие соединения, менее ядовитые, такие как ацетон или этиловый спирт. К примеру, если влить 100 мл спирта в литр топлива АИ 92, то октановое число возрастет до 95. Но использование таких средств экономически нецелесообразно.

Как измеряют

Методов два – исследовательский и моторный. В обоих случаях используется одинаковая установка УИТ-65 или УИТ-86, представляющая собой одноцилиндровый двигатель с изменяемым количеством оборотов коленчатого вала за минуту:

• при испытаниях по исследовательскому методу обороты установлены на отметке 600. Полученная цифра характеризует работу двигателя при небольших нагрузках. Именно она и указывается в качестве обозначения вида бензина;
• когда проводят испытания по моторному методу, та же установка работает уже при 900 оборотах в минуту.

Результат показывает, как ведёт себя мотор при движении под гору и резком ускорении.
Октановое число по исследовательскому методу всегда выше, чем по моторному. Максимальное октановое число бензина по исследовательскому методу из доступных в продаже – 102. Такое топливо используется в моторах гоночных автомобилей. На обычных заправках максимум – 98-й бензин, но и он встречается далеко не везде.

Кроме того, в продаже есть и компактный бытовой прибор-октанометр ОКТИС-2 ценой около 4500 рублей. Как определяется октановое число с его помощью? Способов два – надеть устройство на пистолет прямо на АЗС или погрузить в ёмкость с бензином. Как показали испытания экспертов журнала «За рулём», ОКТИС-2 даёт небольшую погрешность относительно лабораторных испытаний, однако слишком чувствителен к химическому составу топлива и технологии его получения.

Расчет горения топлива.

Для удобства расчет горения твердого и жидкого топлива ведется на 100кг топлива, а расчет горения газообразного топлива на 100м3.

При расчете делают следующие допущения:

1. смешение окислителя с горючим идеальное, и горение идет до полного сгорания топлива (до СО2 и Н2О);
2. в системе достигнуто термодинамическое равновесие;
3. диссоциация продуктов сгорания и горючих принимается равной нулю.

Состав топлива для расчета должен быть пересчитан на рабочую массу.

Целью расчета является определение:

1. количества необходимого для горения воздуха или дутья, обогащенного кислорода.

Количество воздуха, необходимого для горения горючих компонентов топлива, определяется по стехиометрическим соотношениям, называется теоретически (химически) необходимым воздухом.

Действительный расход Lд для более полного сжигания обычно теоретический Lт, т.к. в реальных условиях газогорелочными устройствами не обеспечивается идеальное смешение.

Отношение называется коэффициентом расхода воздуха.

1. количества состава и плотности образующихся продуктов сгорания.

При определении количества и состава продуктов исходят из тех же уравнений горения.

1. температуры горения.

Различают три температуры горения: действительную, теоретическую и калориметрическую.

1. действительная температура – это та температура, которую имеют продукты сгорания в конкретных условиях процесса сжигания топлива, она определяется по формуле:

,

где – пирометрический коэффициент (определяется экспериментально);

для топочных камер = 0,95;

для мартеновских печей = 0,85-0,9;

для садочных печей = 0,8-0,85;

для проходных и протяжных = 0,7-0,75;

tk – калориметрическая температура горения, оС.

1. теоретическая температура горения определяется с учетом диссоциации в продуктах сгорания:

,

где – теплота сгорания топлива, кДж/м3 или кДж/кг;

qдисс – тепло, пошедшее на процесс диссоциации, кДж;

VП.Г. – объем продуктов сгорания, образующихся при сгорании единицы топлива, м3;

СП.Г. – объемная теплоемкость продуктов сгорания, кДж/(м3 оС).

1. калориметрическая температура определяется из условия, что все выделившееся при горении тепло расходуется на повышении температуры продуктов сгорания (т.е. для адиабатных условий):

,

где – физическое тепло подогретого воздуха, кДж/м3 или кДж/кг;

– физическое тепло подогретого топлива. кДж/м3 или кДж/кг;

Lд – объем воздуха на единицу топлива, м3/м3 или м3/кг;

СВ и СГ – средние теплоемкости воздуха и топлива, кДж/(м3 оС).

Калориметрическую температуру находим методом последовательных приближений, используя понятие энтальпии.

Начальная энтальпия продуктов сгорания определяется по формуле:

,

По значению задаемся возможным значением температуры горения и при этой температуре находим энтальпию продуктов сгорания. Если , то истинная калориметрическая температура ниже, чем . Поэтому задаемся температурой и снова находим энтальпию продуктов сгорания. Если , то действительная калориметрическая температура продуктов сгорания лежит в интервале и может быть найдена по формуле:

.

Окончательное значение tk следует перевести в градусы Кельвина.

Температура горения и температура газов на выходе из топки

Температура горения и температура газов на выходе из топки

Рассмотрение процессов горения топлива и анализ уравнения теплового баланса котельного агрегата показывают, что для успешного сжигания топлива требуется создание в топочных устройствах соответствующих температурных режимов. Режим топочной камеры характеризуют следующие условные температура горения и температура газов на выходе из топки: 1) калориметрическая максимальная; 2) калориметрическая; 3) теоретическая.

Калориметрической максимальной называется такая температура горения, которую могли бы иметь продукты полного сгорания топлива при теоретическом количестве воздуха (α = 1) и при условии, что вся теплота, выделенная топливом, израсходовалась только на нагрев продуктов горения.

Калориметрической называется температура горения и температура газов на выходе из топки, которую приобрели бы продукты полного сгорания топлива при отсутствии потерь теплоты и любом значении коэффициента избытка воздуха α, превышающем единицу.

Теоретическая температура горения и температура газов на выходе из топкиотличается от калориметрической тем, что при ее определении учитывается эндотермический процесс диссоциации продуктов сгорания при высокой температуре (Т >2100 К). При обычно достигаемых в топках температурах (1470 — 2050 К) диссоциация СО2 и Н20 практически отсутствует (см. § 12.4), и в случае полного горения теоретическая температура горения и температура газов на выходе из топки с достаточной точностью совпадает с калориметрической.

Теоретическую температуру горения рассчитывают на основе уравнения энергетического баланса процесса сжигания 1 кг или 1 м3 топлива:(19.14)

где QB — теплота, вносимая с горячим воздухом, нагреваемым в пределах котлоагрегата (в воздухоподогревателе); ср.г — средняя объемная изобарная теплоемкость продуктов сгорания; Ттеор — теоретическая температура горения.

Следует помнить, что в теплоту Qp/р входит теплота нагретого воздуха QB.BН 1см. формулу, которую он получил до входа в воздухоподогреватель (в паровом или водяном калорифере). Левая часть уравнения (19.14) представляет собой тепловыделение в топке при сжигании 1 кг или 1 м3 топлива. Величину срг можно вычислить как теплоемкость газовой смеси, состоящей из трех компонентов: двухатомных газов, сухих трехатомных газов и водяных паров. Теплоемкости этих компонентов приведены в прил. 1. В этом случае уравнение (19.14) принимает вид

Это уравнение показывает, что тепловыделение в топке равно энтальпии продуктов сгорания при Гтеор. Из равенства (19.15) определяют теоретическую температуру горения:

В этом уравнении неизвестны величина Ттеор и значения теплоемкостей CpN2, СрСо2 СРН2О которые ей соответствуют. Теоретическую температуру горения находят методом подбора или графическим путем с помощью IТ — диаграммы, которую строят следующим образом. Задаются несколькими значениями температуры газов и определяют для них энтальпию по правой части уравнения (19.15). Затем, выбрав масштабы температур и энтальпий в прямоугольной системе осей координат IT, проводят кривую I = f (T) и по диаграмме находят температуру, при которой I будет равно левой части уравнения (19.15), т.е. I = QT. В этом случае I представляет собой теоретическую энтальпию продуктов сгорания. На рис. 19.30 приведена IT — диаграмма, по которой определена теоретическая температура горения для конкретного числового примера, приведенного в конце настоящей главы.

Анализ уравнения (19.16) показывает, что теоретическая температура горения и температура газов на выходе из топки зависит в основном от четырех факторов:

1. теплоты сгорания и, следовательно, от вида и свойств сжигаемого топлива (в Qp/р входит Qрн);
2. коэффициента избытка воздуха, основное влияние которого сказывается на величине объема продуктов сгорания;
3. температуры подогрева воздуха;
4. совершенства организации процесса горения (т.е. от величины химического недожога q3).

Влияние потери с физической теплотой золы и шлаков q6 на величину Ттеор незначительно.

Для заданного вида топлива и способа его сжигания основное влияние на величину Гтеор оказывают коэффициент избытка воздуха и температура его подогрева. Например, при горении газа характер этого влияния подобен влиянию концентрации и температуры подогрева на нормальную скорость распространения пламени (см. рис. 18.4).

Другой важной характеристикой работы топочной камеры является температура газов на выходе из топки Тт Эта температура всегда меньше вычисленной теоретической вследствие отдачи газами теплоты той поверхности нагрева (котла или обжигаемого в печах изделия), которая может воспринимать теплоту с помощью лучеиспускания (радиации) непосредственно от топочных газов и горящего топлива.

Температуру газов на выходе из топки Тт находят путем совместного решения уравнений теплового баланса топки и теплоотдачи:

где QT — тепловыделение в топке; Iт и Тт — энтальпия продуктов сгорания и температура на выходе из топки; (φ.- коэффициент сохранения теплоты [φ = (100 — q5)/100]; ат = агаст — приведенная степень черноты топочной камеры (см. § 15.2); QЛ — теплота, отдаваемая топке путем излучения; Тэф — эффективная температура факела, К; Тст — температура стенки экрана, К; Нл — площадь лучевоспринимающей поверхности топки.

В топочной камере существует сложное поле температур. Лучистый тепловой поток, воспринимаемый различными частями экранов, будет неравномерным. Например, в зоне, где находится горящий факел, тепловой поток, падающий на экраны, выше, чем в верхней или нижней части топки.

Эффективная температура факела ТЭФ — это такая усредненная температура, при которой равномерный тепловой поток, падающий на Нл, равен суммарному количеству теплоты, воспринимаемой экранами от факела при фактических температурах топочной среды.

Экранные поверхности являются серыми телами. Поэтому в условиях топочной камеры существенное значение имеют отраженные тепловые потоки. При загрязнении поверхностей экранов их температура возрастает. Следовательно, возрастают и потоки собственного излучения стенок экранов, и их влияние на суммарный перенос теплоты в топочной камере. Собственное излучение экранов учитывают с помощью коэффициента загрязнения.

Вводя понятие средней теплоемкости с учетом коэффициента § по (19.18), придаем уравнению (19.17) следующий вид

средняя теплоемкость в интервале температур от Ттеор до Тт.

При проверочном расчете топки в соответствии с нормативным методом температуру на выходе из топки определяют по формуле

Коэффициент М учитывает влияние горения (относительное положение факела в объеме топки) на теплообмен и зависит от типа топки, вида топлива и места расположения горелок по высоте топки. В общем случае М = А — Вх. При камерном сжигании высокореакционных твердых топлив и слоевом сжигании всех топлив А = 0,59 и В = 0,5. При сжигании газа или мазута М = 0,54 ÷ 0,2х. Величина х = h1/h2, где h1 — высота расположения горелки над подом топки, a h2 — расстояние от пода топки до середины сечения для выхода газов из топки. Для слоевых топок с пневмомеханическими забрасывателями х = 0,1; при сжигании топлива в толстом слое х = 0,14.

Рассмотренный метод определения температуры газов на выходе из топки не учитывает процесса теплопередачи от наружного загрязненного слоя к теплоносителю. Метод, разработанный Всесоюзным теплотехническим институтом им. Ф. Э. Дзержинского (ВТИ) совместно с Энергетическим институтом им. Г. М. Кржижановского (ЭНИН), позволяет дополнительно учесть влияние температуры теплоносителя, термического сопротивления слоя загрязнения экранных поверхностей, степени их черноты и др. Этот метод основан на решении системы из четырех уравнений: первые два уравнения являются соответственно правой и левой частями уравнения (19.17); третье представляет собой уравнение теплопередачи между наружным слоем загрязнения поверхности нагрева и теплоносителем; четвертым является уравнение для определения эффективной температуры топочной среды. Оно учитывает влияние таких факторов, как вид топлива, угол наклона горелки и степень экранирования топочной камеры.

Подробный расчет теплообмена в топке и определение температуры на выходе из топки по методам ЦНИПКИ им. И. И. Ползунова и ВТИ — ЭНИН приведены в специальной литературе.

Расчет горения смеси природного и доменного газов.

Исходные данные для расчета

1. Состав сухого природного и доменного газов, %

1. Коэффициент расхода воздуха: n = 1,14;
2. Содержание влаги в доменном газе: Wд.г. = 44г/м3;
3. Содержание влаги в природном газе: Wп.г. = 0г/м3 (газ сухой);
4. Теплота сгорания смеси: ;
5. Температура подогрева воздуха и газа: tВ = 600оС = 873К;

tГ = 400оС = 673К;

1. Температура уходящих продуктов сгорания (дыма): tП.Г. = 840оС = 1113К;
2. Расчет ведется на 1м3 газа.