Для условий задачи № 39 рассчитать полное время выгорания частицы топлива

Задача № 1.

Определить состав топлива в рабочем состоянии, если в таблицах указан следующий состав: С₁^р =38,6%; Н₁^р = 2,6%; S₁^р =3,8%; N₁^р =0,8%; О₁^р =3,1%;

W₁^р = 15,5 %; А₁^р– остальное. А технический анализ показал, что действительная влажность топлива составляет W₂^р = 20,5 %. Определить состав топлива при действительной влажности и его теплоту сгорания.

Решение:

Состав топлива при действительной влажности будет следующий

С₂^р =36,323%; Н₂^р =2,447%; S₂^р =3,576%; N₂^р =0,753%; О₂^р =2,917%; W₂^р = 20,5 %; А₂^р=33,484%

Теплота сгорания топлива

Задача № 2.

Определить элементный состав топлива в рабочем состоянии, если задано условное сухое беззольное (горючее) состояние С^г = 85%; H^г = 6%; S^г = 4%; O^г = 4%; N^г = 1%. И известно, что влажность в рабочем состоянии составляет W^р = 23,1 %, а зольность в сухом состоянии топлива А^с = 14,5 %. Определить теплоту сгорания топлива.

Решение:

Найдем состав топлива в рабочем состоянии, предварительно определив содержание в топливе золы в рабочем состоянии

 

Определим теплоту сгорания топлива

Задача № 3.

Теплота сгорания топлива Q₁^р = 14,5 МДж/кг при влажности W₁^р =8,2 %. Определить теплоту сгорания при влажности W₂^р =18,2 %.

Решение:

Теплота сгорания будет равна

Задача № 4.

Задан состав топлива: С^с = 54,5 %; Н^с =1,8 %; S^с =1,45 %; N^с = 1%; O^с = 5,45 %; остальное A^с; W^р = 9 %. Определить низшую теплоту сгорания в рабочем состоянии.

Решение:

Определим состав топлива в рабочем состоянии

Рассчитаем теплоту сгорания

Задача № 5.

Дан состав газообразного топлива: СН₄ =41 %; СО =14,5 %; Н₂ = 14,5 %; остальное N₂. Определить теплоту сгорания.

Решение:

Теплота сгорания топлива будет равна

Задача № 6.

Задан состав топлива в газообразном состоянии: СН₄ = 54,5 %;

Н₂=20,5 %; СО = 20,5 %; остальное N₂. Определить тепловую мощность, если расход топлива равен В = 3090 м³/час=0,858м³/с.

Решение:

Теплота сгорания топлива будет равна

Задача № 7.

Задан состав твердого топлива: С^р = 40 %; H^р = 2 %; S^р = N^р =1 % ;

O^р = 4,5 %; A^р = 10 %; остальное W^р и состав жидкого топлива: С^р = 90 %;

H^р = 10 %; N^р=O^р=S^р= =A^р=1 %. Определить мощность топочного устройства, если известно что расход твердого топлива составляет В_т = 2450, кг/час, а расход жидкого топлива В_ж=0,3 кг/с.

Решение:

Теплота сгорания твердого топлива

Тепловая мощность топочного устройства при сжигании твердого топлива

Теплота сгорания жидкого топлива

Тепловая мощность топочного устройства при сжигании жидкого топлива

Задача № 8.

Задан состав топлива: С^г =63 %; H^г =17 %; O^г =18%; S^г =1%; N^г = 1%; A^с = 29,5 %; W^р =34,5 %. Определить: V⁰; Q_н^р и отношение Q_н^р/V⁰.

Решение:

Найдем состав топлива в рабочем состоянии, предварительно определив содержание в топливе золы в рабочем состоянии

 

Определим теплоту сгорания топлива

Определим теоретически необходимый объем воздуха

Вычислим отношение

 

Задача № 9.

Определить тепловую мощность топки и расход воздуха при совместном сжигании мазута и газа с коэффициентом избытка воздуха a = 1,1. Расход мазута В_м = 8,9 кг/с, расход газа В_г = 6,9 м³/с, состав мазута: С^р = 80,45 %; H^р = 12,55 %; S^р = 2,9%; N^р = 0,3%; O^р = 0,1%; W^р =3,4%; A^р = 0,3%. Состав газа: СН₄ = 70,9 %; СО = 3%; С₂Н₆ = 1,9%; N₂ – остальное.

Решение:

Определим теплоту сгорания мазута

Найдем мощность топочного устройства при сжигании мазута

Рассчитаем теоретически необходимый объем воздуха необходимый при сжигании мазута

Вычислим теплоту сгорания газа

Определим мощность топочного устройства при сжигании газа

Вычислим теоретически необходимый объем воздуха необходимый при сжигании газа

Определим общую мощность топочного устройства при сжигании мазута и газа

Найдем расход воздуха, необходимый при совместном сжигании мазута и газа

Задача № 10.

Тепловая мощность котла 50 МВт; h=85%. На котле сжигают природный газ следующего состава: СН₄=83,2 %; СО₂=3,23 %; С₂Н₆=1,23 %; N₂–остальное. Как изменится расход воздуха, если с тем же избытком воздуха a = 1,1 и с тем же h стали сжигать доменный газ следующего состава: СО = 26,8%; СО₂ = 23,2%; N₂ = 35%; Н₂ = 10%; СН₄=5%.

Решение:

Вычислим теплоту сгорания природного газа

Рассчитаем расход природного газа

Вычислим теоретически необходимый объем воздуха необходимый при сжигании природного газа

Определим теплоту сгорания доменного газа

Определим расход доменного газа

Вычислим теоретически необходимый объем воздуха необходимый при сжигании доменного газа

Найдем изменение расхода воздуха при переходе с природного газа на доменный газ

Расход воздуха увеличился на 40,541м³/с

Задача № 11.

Рассчитать объемы и расход продуктов сгорания при сжигании твердого топлива, следующего элементного состава: С^р = 44,5%; H^р = 2,9%; S^р = 1%; O^р = 9,1%; N^р = 1%; W^р = 23,5 %; A^р - остальное. Определить энтальпию продуктов сгорания при t = 1300⁰С и избытке воздуха a=1,2. Расход топлива: 4 т/час=1,11кг/с; теплоемкость продуктов сгорания принять равной с_г =1,5 кДж/м³К; энтальпией золы пренебречь.

Решение:

Определим теоретически необходимый объем воздуха

Вычислим теоретический объем сухих трехатомных газов

Рассчитаем теоретический объем азота

Найдем теоретический объем водяных паров

Определим теоретический объем продуктов сгорания

Вычислим объем продуктов сгорания

Найдем расход дымовых газов

Определим энтальпию теоретического количества продуктов сгорания

Рассчитаем энтальпию теоретического количества воздуха

Задача № 12.

Рассчитать объемы и расход продуктов сгорания при сжигании газообразного топлива с расходом 10⁴ м³/час=2,78м³/с при избытке воздуха a=1,4. Состав топлива:

СН₄ =46,5 %; СО = 27,5 %; Н₂ = 10 %; Н₂S = 10,9 %; остальное N₂. Определить энтальпию продуктов сгорания при t_ух = 130⁰С. Теплоемкость продуктов сгорания принять равной с_г = 1,4 кДж/(м³К).

Решение:

Определим теоретически необходимый объем воздуха

Вычислим теоретический объем сухих трехатомных газов

Рассчитаем теоретический объем азота

Найдем теоретический объем водяных паров

Определим теоретический объем продуктов сгорания

Вычислим объем продуктов сгорания

Найдем расход продуктов сгорания

Определим энтальпию теоретического количества продуктов сгорания

Рассчитаем энтальпию теоретического количества воздуха

Задача № 13.

Для условий задачи № 12 определить концентрации газовых компонентов в сухих продуктах сгорания. Рассчитать часовой выброс оксидов серы.

Решение:

Рассчитаем объем сухих газов

Определим объемную долю трехатомных газах в сухих продуктах сгорания

Найдем объемную долю азота в сухих продуктах сгорания

Задача № 14.

Состав топлива: С^г = 80 %; H^г = 20 %; А^р = 4,5 %; W^р = 9 %. Во сколько раз теоретический объем продуктов сгорания больше объема теоретически необходимого количества воздуха.

Решение:

Определим состав топлива в рабочем состоянии

Определим теоретически необходимый объем воздуха

Вычислим теоретический объем сухих трехатомных газов

Рассчитаем теоретический объем азота

Найдем теоретический объем водяных паров

Определим теоретический объем продуктов сгорания

Вычислим отношение

Задача № 15.

Из результатов химического анализа известно, что содержание газов в продуктах сгорания составляет: О₂ = 5,3 %; CO = 1 %; H₂ = 2%; CH₄ = 1,75 %; CO₂ = 16,8 %. Определить коэффициент избытка воздуха.

Решение:

Коэффициент избытка воздуха будет равен

Задача № 16.

После проведения химического анализа продуктов сгорания за топкой и конвективной шахтой котла получены следующие данные. За топкой: О₂^т= 4,6 %;

CO^т = 1,5 %; Н₂^т = 1%; СО₂^т = 16,8 %. За конвективной шахтой: О₂^к =6,6 %; СО^к = 1 %; СО₂^к =15,8 %. Определить присос в конвективную шахту.

Решение:

Найдем коэффициент избытка воздуха за топкой

Рассчитаем коэффициент избытка воздуха за конвективной шахтой

Найдем присос в конвективную шахту

Задача № 17.

Определить максимально возможное содержание сухих трехатомных газов в продуктах сгорания угля следующего состава: С^р =47,9%; H^р = 3,4%; O^р = 7%;

N^р = 0,8%; S^р = 0,3 %. Рассчитать коэффициент избытка воздуха, если измеренная концентрация RO₂ = 10,6%.

Решение:

Определим топливный коэффициент Бунте

Вычислим максимально возможное содержание сухих трехатомных газов

Найдем коэффициент избытка воздуха

Задача № 18.

Определить максимально возможное содержание сухих трехатомных газов в продуктах сгорания природного газа следующего состава: СН₄ = 92,63 %;

C₂H₆ =3,2 %; C₃H₈ = 0,4 %; C₄H₁₀ = 0,1 %; остальное N₂. Определить коэффициент избытка воздуха, если измеренная концентрация RO₂ = 6,26 %.

Решение:

 

 

Найдем максимально возможное содержание сухих трехатомных газов в продуктах сгорания

Определим коэффициент избытка воздуха

Задача № 19.

Концентрация кислорода в исходной смеси метан – воздух составляет 16,6 %. Определить коэффициент избытка воздуха.

Решение:

Коэффициент избытка воздуха будет равен

Задача № 20.

Задан состав топлива: С^г = 80%; H^г = 10%; О^г = 8%; S^г = 1%; N^г = 1%; A^с = 14,5%; W^р = 24,5 %. Определить теоретическую температуру горения при коэффициенте избытка воздуха a=1,3. Топливо и воздух не подогревается. При расчете принять:

с_в = 1,48 кДж/(м³К); = 2,4 кДж/(м³К); =1,9 кДж/(м³К); = 1,47 Дж/(м³К);

энтальпией золы пренебречь.

Решение:

Вычислим состав топлива в рабочем состоянии, предварительно определив содержание в топливе золы в рабочем состоянии

 

Определим теплоту сгорания топлива

Определим теоретически необходимый объем воздуха

Вычислим теоретический объем сухих трехатомных газов

Рассчитаем теоретический объем азота

Найдем теоретический объем водяных паров

Определим теоретическую температуру горения

Задача № 21.

Для условий задачи №20 определить, как изменится теоретическая температура горения, если воздух подогревается до температуры 388 ⁰С.

Решение:

Найдем теплоту, вносимую в топку воздухом подогретого вне котла

Определим теоретическую температуру горения при предварительном подогреве воздуха

Вычислим изменение температуры

Задача № 22.

Задан состав газообразного топлива (доменный газ): СО=24,%; CO₂=10%;

H₂=5,9 %; CH₄ =2,9 %; остальное N₂. Определить теоретическую температуру горения при коэффициенте избытка воздуха a=1,3. Топливо и воздух не подогреваются. При расчетах принять: С_в = 1,48 кДж/(м³К); = 2,4 кДж/(м³К); =1,9 кДж/(м³К); = 1,47 кДж/(м³К).

Решение:

Рассчитаем теплоту сгорания газа

Определим теоретически необходимый объем воздуха

Вычислим теоретический объем сухих трехатомных газов

Рассчитаем теоретический объем азота

Найдем теоретический объем водяных паров

Определим теоретическую температуру горения

Задача № 23.

Для условий задачи № 22 определить, как изменится теоретическая температура горения, если воздух подогревается до температуры 354,5⁰С.

Решение:

Найдем теплоту, вносимую в топку воздухом подогретого вне котла

Определим теоретическую температуру горения при предварительном подогреве воздуха

Вычислим изменение температуры

Задача № 24.

Для условий задачи № 22 рассчитать какое количество природного газа с содержанием СН₄ = 96 %; С₂Н₄ = 2 %; N₂ = 2 % надо подмешать к доменному газу, чтобы теплота сгорания смеси стала равной 20 МДж/м³.

Решение:

Определим теплоту сгорания газа

Вычислим необходимый объем природного газа

4,713+х·34,416=20

Задача № 25.

Определить максимально возможное содержание влаги в топливе, при котором возможно его сжигание в факеле. Состав топлива: С^г = 100 %; А^с =29%; коэффициент избытка воздуха a=1,3. Минимальная температура устойчивого горения t = 1227 ⁰C. Теплоемкость продуктов сгорания принять равной С_г = 1,5 кДж/(м³К).

Решение:

Вычислим состав топлива в рабочем состоянии

Определим теплоту сгорания топлива

Рассчитаем необходимое теоретическое количество воздуха

Найдем теоретический объем продуктов сгорания

Из формулы теоретической температуры выразим количество влаги, содержащейся в топливе

Задача № 26.

Определить снижение выбросов СО₂ при получении 1 МВт тепловой мощности при замене твердого топлива на газообразное. Состав твердого топлива: С^г = 80 %; H^г = 2 %; О^г = 17%; S^г = 0,5 %; N^г = 0,5 %; A^с = 13 %; W^р = 14,5%. Состав газообразного топлива: СН₄ = 90,9 %; C₂H₆ = 2%; C₃H₈ = 0,5 %; N₂=6,6%, к.п.д. сжигания 82 %.

Решение:

Вычислим состав топлива в рабочем состоянии, предварительно определив содержание в топливе золы в рабочем состоянии

 

Определим теплоту сгорания топлива

Рассчитаем расход твердого топлива

Вычислим теоретический объем сухих трехатомных газов

Найдем расход углекислого газа при сжигании твердого топлива

Определим теплоту сгорания природного газа

Вычислим теоретический объем сухих трехатомных газов

Найдем расход углекислого газа при сжигании природного газа

Рассчитаем снижение выбросов углекислого газа

Задача № 27.

Определить количество вырабатываемого пара давлением Р=4 Мпа с температурой перегретого пара t_пп=440 ⁰С (энтальпия перегретого пара i_пп=3308 кДж/кг) при сжигании в котле природного газа с расходом В = 2,53 м³/с при коэффициенте избытка воздуха в уходящих газах a_ух=1,4 при температуре t_ух=160⁰С. Состав газа: СН₄ = 66,5 %;

СО =27,5%; Н₂ =2%; N₂=4%. При расчетах принять: С_г=1,5 кДж/(м³К); q₅=0,8%; q₃ = 0%.

Решение:

Рассчитаем теплоту сгорания газа

Определим теоретически необходимый объем воздуха

Вычислим теоретический объем сухих трехатомных газов

Рассчитаем теоретический объем азота

Найдем теоретический объем водяных паров

Рассчитаем энтальпию уходящих газов

Определим энтальпию холодного воздуха

Найдем потери с уходящими газами

Вычислим КПД котла

Рассчитаем количество выработанного пара

Задача № 28.

Определить потери теплоты с механической неполнотой сгорания при сжигании твердого топлива следующего состава: С^г=80%; H^г=10 %; О^г= 8%; S^г=N^г=1%; A^с=14,5%; W^р = 14,5%, если известно, что: а_шл = 0,5; Г_шл =31,5 %; Г_ун =26,5 %.

Решение:

Вычислим состав топлива в рабочем состоянии, предварительно определив содержание в топливе золы в рабочем состоянии

 

Определим теплоту сгорания топлива

Рассчитаем потери теплоты с механической неполнотой сгорания топлива

Задача № 29.

Для условий задачи №27 определить каков должен быть расход мазута с теплотой сгорания = 41 МДж/кг для обеспечения той же паропроизводительность, при сохранении постоянного значения к.п.д. котла.

Решение:

Из формулы паропроизводительности котла определим расход мазута

Задача № 30.

Рассчитать расход воздуха, подаваемого в топку котла для сжигания угля в плотном слое, если известно, что тепловое напряжение зеркала горения топки площадью F = 6,8 м² составляет q_F = 2,3 МВт/м². Коэффициент избытка воздуха a = 1,5.

Задача №31.

Определить энергию активации и предэкспоненциальный множитель, если известно, что при Т₁ = 1063°К константа скорости реакции равна k₁= 4, 4*10³ м/с, а при температуре Т₂=1263°К константа скорости k₂=7,2*10³ м/с. Построить зависимость ln (k) = f(1/T).

Решение:

Уравнение Аррениуса:

Энергию активации можно определить, измерив константу скорости при двух температурах. Из уравнения Аррениуса:

Найдем предэкспоненциальный множитель

Задача №32.

Определить нормальную скорость распространения пламени, если в эксперименте на цилиндрической горелке радиусом R=15 мм получено конусное пламя с высотой конуса h = 250 мм. В горелку подавался водород с расходом В=3,9 м³/с, который перед горелкой смешивали с воздухом. Коэффициент избытка воздуха равен a = 1,19.

Найдем расход газовоздушной смеси

Выразим время, необходимое для распространения пламени от плоскости горелки до высоты конуса

Определим скорость распространения пламени

Задача №33.

Определить концентрацию метана в смеси с окислителем, состоящим из кислорода и азота, при которой скорость реакции СН₄+О₂ будет максимальна. Доля азота в смеси с кислородом составляет y=2,8.

Решение:

Определим концентрацию метана в смеси с окислителем

Задача №34.

Определить концентрацию водорода в смеси с окислителем, состоящим из кислорода и азота, при которой скорость реакции Н₂+О₂ будет максимальна. Доля азота в смеси с кислородом составляет y=3,55.

Решение:

Найдем концентрацию водорода в смеси с окислителем

Задача №35.

Диаметр горелки D₁=0,01 м, скорость проскока пламени в неё 0,8 м/с. Как изменится скорость проскока пламени при использовании горелки с диаметром D₂=0,1 м.

Из уравнения сохранения расхода определим скорость проскока пламени при изменении диаметра горелки

Задача №36.

Известно, что скорость распространения пламени в смеси кислород- водород составляет 13,6 м/c. Какова будет толщина фронта пламени, если значение коэффициента температуропроводности составляет 2*10^-3 м²/с.

Решение:

Рассчитаем толщину фронта горения

Задача №37.

Рассчитать длину факела диффузионной горелки при ее тепловой мощности равной N = 4,3 МВт. Состав газообразного топлива: СО = 34%; CO₂ = 10%; H₂ = 6,9 %; CH₄ = 3,9 %; остальное N₂=45,2%. Принять скорость истечения газа равной 50 м/с.

Решение:

Определим теплоту сгорания топлива

Определим теоретически необходимый объем воздуха

Из уравнения тепловой мощности горелки найдем расход газа

Определим диаметр устья горелки

Рассчитаем плотность газа

Вычислим длину факела диффузионной горелки

Задача №38.

Рассчитать полное время выгорания капли жидкого топлива начальным размером d=19*10^{-4 м и начальной температурой t}_о=10°С. Температура газов t_г=1500°С, избыток воздуха a=1,05, l _г=4*10^-2 Вт/(мК). Теплофизические свойства: теплоемкость топлива с_к =2,5 кдж/кг; теплота испарения топлива γ=1700 кДж/кг; температура кипения капли t_к=360 °С; плотность топлива r_к=900 кг/м³.

Решение:

Рассчитаем время горения капли одиночного топлива

 

Задача № 39.

Рассчитать константу химического реагирования и коэффициент реакционного газообмена при сжигании частицы бурого угля для диаметров: а) d =1,9 мм; б) d =10,9 мкм, при температуре T = 1663 °К.

Найдем предэкспоненциальный множитель

Рассчитаем константу скорости химического реагирования

Определим коэффициент молекулярной диффузии

а) Найдем коэффициент реакционного газообмена

 

 

б) Найдем коэффициент реакционного газообмена

Задача № 40.

Для условий задачи № 39 определить область реагирования частиц топлива и рассчитать концентрацию кислорода на поверхности частицы. Процентное содержание кислорода в бурых углях 25%.

а) Определим массовую концентрацию кислорода

Рассчитаем концентрацию кислорода на поверхности коксовой частицы

б) Определим концентрацию кислорода на поверхности коксовой частицы

Задача № 41.

Для условий задачи № 39 рассчитать полное время выгорания частицы топлива.

Решение:

 

Задача № 42.

Рассчитать высоту плотного слоя при сжигании частиц антрацита средним диаметром d =25,9 мм; избытка воздуха a = 1,4; критерий Шмидта Sс =0,74, порозность слоя e = 0,44-0,52.

Решение:

Найдем высоту плотного слоя при сжигании частиц антрацита