Презентация Топливо и топливосжигающие устройства. Горение топлива онлайн

Содержание слайда: Горение топлива

Содержание слайда: Горение топлива

Содержание слайда: Коэффициент избытка воздуха

Содержание слайда: Материальный баланс для твердого и жидкого топлива

Содержание слайда: Материальный баланс для твердого и жидкого топлива

Содержание слайда: Материальный баланс для твердого и жидкого топлива

Содержание слайда: Материальный баланс для твердого и жидкого топлива

Содержание слайда: Коэффициент избытка воздуха

Содержание слайда: Коэффициент избытка воздуха Атмосферный воздух всегда содержит влагу в количестве dг, г/кгс.возд, определяемому по i–d диаграмме. Увеличение расхода влажного воздуха при стехиометрическом соотношении в кгвозд /кгтопл: L0 = L0c (1 + 0,001dг) Или в нм3с.возд /кгтопл: V0 = V0c [1 + 0,001dг(ρв/ρH2O)] = V0c (1 + 0,00161dг) В технических расчетах принимают dг = 10 г/кг.

Содержание слайда: Коэффициент избытка воздуха Для газообразного топлива стехиометрическое количество воздуха с учетом содержания 21% кислорода по объему составляет для сухого воздуха в нм3с.возд / нм3топл V0c = 0,0476[0,5CO + 0,5H2 + 1,5H2S + ∑(m+n/4)CmHn - О2)] Для влажного воздуха в нм3с.возд / нм3топл V0 = V0c (1+0,00161dг). На практике количество воздуха, подаваемого на горение, отличается от стехиометрического, поэтому вводят коэффициент избытка воздуха α, который является одной из важнейших характеристик процесса горения α = Lα / L0 = Vα / V0

Содержание слайда: Коэффициент избытка воздуха Коэффициент избытка воздуха обычно больше единицы. Превышение α над единицей необходимо для минимизации потерь с химическим недожогом (обеспечениае максимальной полноты сгорания) для разбавления продуктов сгорания в целях снижения температуры уходящих (дымовых) газов (если это необходимо). В отдельных случаях при сжигании жидкого топлива (мазута) и твердых топлив принимают α < (0,6...0,8). Образующиеся при этом продукты неполного сгорания (так называемый полугаз) содержит большое количество оксида углерода и водорода, которые используются как топливо при дожигании на переделах технологических процессов.

Содержание слайда: Коэффициент избытка воздуха

Содержание слайда: Коэффициент избытка воздуха

Содержание слайда: Состав и объем продуктов сгорания При полном сгорании любого топлива в продуктах сгорания присутствуют образующиеся при горении оксиды CO2, H2O, SO2 азот N2, поступающий в них с воздухом и с топливом другие газы и соединения в незначительном количестве , как поступающие в них с воздухом, так и образующиеся в процессе горения (например NOx, смолы, кислоты) При α >1 присутствует кислород воздуха. При α < 1 – продукты химического недожога: СО, Н2, CmHn и т. д. Объем продуктов сгорания дымовых газов при α ≥ 1 для любого топлива в нм3пс / кгтопл: Vαпс = VCO2 + VSO2 + VN2 + VH2O + VO2.

Содержание слайда: Состав и объем продуктов сгорания

Содержание слайда: Состав и объем продуктов сгорания Полный объем дымовых газов в нм3/кг: V0пс = V0сг + V0H2O При избытке воздуха α > 1 объемы VCO2 + VSO2 не изменяются, а объемы VN2, VH2O и VO2 изменяются пропорционально α. Для α > 1 нужно прибавить избыточное количество воздуха. Объем дымовых газов Vпс = V0пс + (α – 1)V0c Для твердого и жидкого топлив в нм3/кг: VCO2 = 0,0186Cр VSO2 = 0,0076Sр VN2 = V0N2 + 0,79(α – 1)V0c VO2 = 0,21(α – 1)V0c VH2O = V0H2O + 0,0161(α – 1)V0c 

Содержание слайда: Состав и объем продуктов сгорания Для сухого газа (м3/м3) Объемные доли трехатомных газов равны парциальным давлениям газов при общем давлении 1кг/см2 rRO2 = (VCO2 + VSO2) / Vαпс = VRO2 / Vαпс rH2O = VH2O / Vαпс Концентрация золы в продуктах сгорания, г/м3 μ = (10Ap / Vαпс)αун αун – доля золы, уносимая дымовыми газами.

Содержание слайда: Состав и объем продуктов сгорания В случае газообразного топлива выражения для определения состава продуктов сгорания остаются без изменения с заменой весовых процентов на объемные. Объемы продуктов сгорания при сжигании 1 м3 сухого газообразного топлива в нм3/нм3: V0 = 0,0476[0,5CO + 0,5H2 + 1,5H2S + ∑(m+n/4)CmHn – O2] V0N2 = 0,79V0 + N2/100 VRO2 = 0,01[CO2 + CO + SO2 + H2S + ∑mCmHn], Объем водяного пара в нм3/нм3 V0H2O = 0,01[H2 + H2S + ∑(n/2)CmHn + 0,124dг.тл]+ 0,161V0 dг.тл – влагосодержание газообразного топлива, отнесенное к 1 м3 сухого газа, г/м3. Влагосодержание продуктов сгорания в г/кгпс dпс = 804VH2O / (1,977 VRO2 + 1,251VN2 + 1,429VO2).

Содержание слайда: Материальный баланс процесса горения Уравнение материального баланса составляют для контроля правильности расчетов состава и объема продуктов реакции. Расчет ведут обычно на 100 нм3 или на 100 кг топлива. mт + mв = mпс, mт, mв и mпс – массы топлива, воздуха и продуктов горения соответственно, кг/кг или кг/нм3. Приход массы с топливом, кг mт = 100 ρвл кг газа – для газа, mт = 100 кг – для твердого и жидкого топлива. Приход массы с воздухом mв = 100αV0ρв кг газа – для газообразного топлива ρв вычисляют по формуле для ρвл с подстановкой плотности сухого воздуха при нормальных условиях. mв = 100(αL0 + wп) – для твердого и жидкого топлива.

Содержание слайда: Материальный баланс процесса горения Расход массы, кг mпг = mгRO2 + mгN2 + mгO2+ mгSO2 + mгW + mгA = ∑mi + mгA, Здесь mi = 100Vi ρi Vi – объемная доля i-го газа в продуктах сгорания ρi – плотность газов при нормальных условиях mгA = 100Aр – количество золы в топливе Невязка материального баланса при ручном счете не должна превышать 1%.

Содержание слайда: Тепловой баланс процесса горения Уравнение теплового баланса можно рассматривать как уравнение энергии: сумма физических теплот топлива, окислителя и химической теплоты, выделившейся в процессе горения, расходуется на нагрев продуктов сгорания и их диссоциацию. Диссоциация является следствием обратимости реакции горения и происходит с поглощением теплоты. При расчетах определяют теоретическую температуру топлива без учета потерь и действительную с учетом потерь, связанных с механическим, химическим недожогом или теплопереносом в окружающую среду через стенку топки и др. Действительную температуру определяют приближенно, поскольку трудно учесть конструктивные особенности топливосжигающих устройств, конкретные условия их эксплуатации и т. д. Обычно совершенство процесса горения учитывается коэффициентом полноты сгорания η.

Содержание слайда: Тепловой баланс процесса горения

Содержание слайда: Тепловой баланс процесса горения Теплота, выделившаяся при сгорании 1 кг массы (1 нм3) топлива и действительно затраченная на нагревание рабочего тела Q = Qвр – QH2O – Qокр – Qнед QH2O – теплота парообразования Qокр – потери тепла в окружающую среду Qнед – потери тепла вследствие механического и химического недожога топлива Коэффициент полноты сгорания топлива ηг или термодинамический коэффициент использования тепла топлива (КИТ) ηг = (Qнр – Qокр – Qнед)/Qнр

Содержание слайда: Тепловой баланс процесса горения Уравнение теплового баланса реального процесса на 1 кг массы твердого и жидкого топлива или 1 нм3 газообразного топлива имеет вид Qнрηг + cтtт + cвtвVα – qдис = Vпсiпс cтtт – физическая теплота топлива cвtвVα – физическая теплота воздуха qдис – теплота диссоциации Vпс – объем продуктов сгорания с учетом диссоциации iпс = cпсtг – теплосодержание (энтальпия) топлива воздуха и продуктов сгорания, °С. Теплоту диссоциации необходимо учитывать при температурах горения свыше 1700...1800 "С. В расчетах часто полагают, что потери теплоты на диссоциацию входят в коэффициент полноты сгорания топлива.

Содержание слайда: Тепловой баланс процесса горения Энтальпию продуктов сгорания в кДж/нм3 можно выразить как iпс = (Qнрηг + cтtт + cвtвVα – qдис) / Vпс

Содержание слайда: Тепловой баланс процесса горения

Содержание слайда: Теплоемкости Для упрощения расчетов термодинамических процессов У.Гиббсом введена функция J для m кг массы, называемая энтальпией и i для 1 кг массы, называемая удельной энтальпией. Физический смысл энтальпии состоит в том, что в изобарных процессах изменение энтальпии равно количеству теплоты, поглощенной или отданной системой. В термодинамике не требуется знание абсолютного значения энтальпии, поэтому ее отсчитывают от некоторого условного нуля. Для идеального газа принято считать энтальпию равной нулю при температуре t0 = 0 °С. Приращение энтальпии для любого процесса изменения состояния газа в пределах одной фазы определяется по формуле i1-2 = i2 – i1 = čр(T2 – T1). Если считать, что it = 0= 0, то энтальпия газа при температуре t i = čрt, кДж/кг Эта формула показывает, что удельная энтальпия идеального газа численно равна количеству теплоты, которая подведена к 1 кг газа при нагревании его от 0 °С до температуры t °C при постоянном давлении

Содержание слайда: Теплоемкости Удельной теплоемкостью называется количество теплоты, которое нужно подвести к единице количества вещества или отнять от него для изменения температуры вещества на 1 градус (К или °С). Истинные теплоемкости Средняя теплоемкость

Содержание слайда: Теплоемкости

Содержание слайда: Теплоемкости В интервале температур от –40°С до +60°С удельную теплоемкость сухого воздуха при постоянном давлении можно считать постоянной – ср.с = 1,006 кДж/(кгК). Для диапазона температур от минус –50 до 50 °С удельную теплоемкость насыщенного водяного пара принято считать постоянной и равной – срп = 1,86 кДж/(кгК). Удельная теплоемкость водяного пара, кДж/(кгК)

Содержание слайда: Теплоемкости Теплоемкость влажного воздуха равна сумме теплоемкостей 1 кг сухого воздуха и d кг пара

Содержание слайда: Температура горения топлива Тепло, выделяющееся при сгорании топлива, воспринимается продуктами сгорания, которые нагреваются до определенной температуры, называемой температурой горения. Различают калориметрическую, теоретическую и действительную температуры сгорания топлива. В уравнение теплового баланса реального горения входят составляющие, величина которых зависит от теплофизических свойств топлива и от условий, при которых протекает горение, от степени подогрева топлива и воздуха, потерь теплоты при горении, тепловосприятия в топке, коэффициента избытка воздуха. Чтобы выявить потенциальные возможности топлива, вводят понятие теоретической температуры горения – без подогрева топлива и воздуха при идеальном адиабатическом процессе, т. е. горения с теоретическим количеством воздуха, без потерь теплоты и без теплообмена в топочной камере и с окружающей средой.

Содержание слайда: Температура горения топлива Калориметрическая температура отличается от теоретической тем, что при ее определении пренебрегают потерями тепла на диссоциацию продуктов сгорания. Калориметрическая температура (жаропроизводительность) является физической характеристикой топлива. Отношение действительной температуры горения топлива к калориметрической называется пирометрическим коэффициентом. Пирометрический коэффициент зависит от условий сжигания топлива и определяется экспериментально. Приближенные значения пирометрического коэффициента для камерных печей (газовое и жидкое топливо) 0,73–0,83; для туннельных печей 0,78–0,83. При беспламенном способе сжигания газа hпир » 0,9.

Содержание слайда: Вынужденное воспламенение Гомогенная система газ–газ (воздух) Если топливо и окислитель заранее тщательно перемешаны, то полу­чается химически однородная гомогенная газовая система. При раздельной подаче топлива и окислителя в зону горения система получается неоднородной. Гетерогенная система жидкость (твердое тело) — газ. Существует при сжигании жидких или твердых топлив. В отдельных частях общего объема гетерогенной системы образуется смесь паров или газообразных веществ исходных топлив — гомогенная фаза гетерогенной системы. В топливосжигающих устройствах всегда осуществляется вынужденное воспламенение (зажигание) горючей смеси: смесь с температурой намного ниже Тв воспламеняется после интенсивного подвода теплоты к небольшой части общего объема от постороннего источника (постороннего пламени, электрической искры, раскаленного тела и т. д.). Результаты исследований показывают, что существуют границы возможного вынужденного воспламенения по начальной температуре, составу смеси, ее давлению. Кроме того, имеются общие пределы воспламенения смеси от какого бы то ни было источника.

Содержание слайда: Вынужденное воспламенение Воспламеняющаяся смесь Это смесь, в которой пламя может неограниченно распространяться от источника воспламенения даже при кратковременном его действии. Невоспламеняющаяся смесь Это смесь, в которой даже при наличии вспышки после удаления источника воспламенения горение прекращается. Воспламеняющаяся смесь топлива с воздухом при добавлении, например, инертного газа или избыточного количества воздуха или при чрезмерном обогащении топливом может стать невоспламеняющейся. Для воздушных смесей с парами бензина или керосина пределы воспламенения определяются коэффициентами избытка воздуха: αmin= 0,2…0,3 – богатый предел; αmax = 1,8…2 – бедный предел. С понижением температуры смеси границы воспламенения сужаются.

Содержание слайда: Вынужденное воспламенение Следует иметь в виду, что пределы воспламенения заранее неперемешанных смесей, например при введении мелкораздробленного жидкого топлива в поток воздуха, значительно расширяются. В этом случае воспламенение топлива осуществляется за счет горения частей смеси оптимального состава, образующихся в общем объеме. Пределы воспламенения смеси значительно зависят от условий зажигания, подачи топлива, размеров отдельных капель в струе топлива и т. д. С повышением давления в смеси температура зажигания понижается.

Содержание слайда: Сжигание газообразного топлива Сжигание газов производится в топочной камере, куда горючая смесь подается через горелки. В топочном пространстве образуется струя горящего газа, называемая факелом. В зависимости от способа подачи воздуха, необходимого для горения, возможны следующие виды сжигания газов: горение однородной газовой смеси, когда сжигается предварительно подготовленная горючая газовая смесь; диффузионное горение газов, когда газ и воздух подаются раздельно; горение смеси газов с недостаточным количеством воздуха, когда газ подается в смеси с воздухом, но количество последнего недостаточно для полного сгорания.

Содержание слайда: Сжигание газообразного топлива В однородной предварительной перемешанной смеси интенсивность горения зависит только от кинетики самих химических реакций, поэтому такой вид горения называют кинетическим. Горение благодаря распространению пламени в горючей смеси, непрерывно поступающей в топочную камеру. В зависимости от характера движения горючей смеси различают ламинарное горение и турбулентное горение. Диффузионное горение В случае, когда через горелку подается газ, не содержащий в себе кислорода, при его поджигании горение происходит за счет потребления кислорода окружающего воздуха, поступающего посредством диффузии. Так как в данном случае газ и воздух подаются раздельно, а горение происходит в процессе их взаимной диффузии, причем скорость горения определяется интенсивностью процесса смешения, то подобное горение называют диффузионным.

Содержание слайда: Ламинарное горение

Содержание слайда: Турбулентное горение

Содержание слайда: Скорость движения фронта пламени

Содержание слайда: Скорость движения фронта пламени

Содержание слайда: Скорость движения фронта пламени uТ – скорость распространения фронта пламени в турбулентном потоке, характеризует объем вступивших в реакцию веществ за единицу времени на единице поверхности фронта пламени. Это – средняя турбулентная скорость распространения фронта пламени. Величину uТ определяют, подсчитывая объемный расход смеси V и находя осредненную площадь Sпл поверхности пламени. uТ = V/Sпл Локальную скорость uТ находят, рассматривая элементарную площадку dS фронта пламени Sпл. При dS→0 скорость uТ = w cos φ Истинное мгновенное значение скорости турбулентного потока wм определяется как сумма средней скорости за значительный интервал времени wcp= w и пульсационной скорости w'. Пульсационная скорость определяется как среднеквадратическая: w' = sqr (ŵ')2.

Содержание слайда: Скорость движения фронта пламени

Содержание слайда: Скорость движения фронта пламени

Содержание слайда: Скорость детонационного горения Значения скорости детонационного горения для некоторых смесей Смесь wД, м/с 2Н2 + О2 2821 2СО+ О2 1264 2СО + О2 + 5,6% Н2О 1738 СН4 + О2 2528 СН4 + 2О2 2146 С2Н2 + 1,5О2 2716

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда: