Расчет температуры горения

Температура горения зависит от состава горючего материала, условий горения: разбавления продуктов горения избыточным воздухом, температуры воздуха, полноты сгорания исходного горючего материала.

Задача вычисления адиабатической температуры горения сводится к нахождению такой температуры (Т'), при которой наблюдается равенство внутренних энергий исходных веществ и продуктов их горения.

Расчет температуры горения может быть осуществлен так же из уравнения энергетического баланса:

Q_H · (Iз) = V _пг ^пр · C_p· (T_г— T₀),.

где:

Q_н — тепло, выделяемое при реакции горения, кДж,.

V _пг ^пр — объём продуктов полного горения с учетом избытка воздуха, м³.

С_р— средняя объемная теплоёмкость продуктов горения при постоянном давлении; кДж/(м³· К),.

Т_г — температура горения, К, Т₀ — начальная температура, К.

Следовательно, чтобы рассчитать температуру горения, необходимо знать теплоту горения, объём и теплоёмкость продуктов горения.

В первом приближении температуру горения можно рассчитать непосредственно из уравнения теплового баланса, имея в виду, что средняя теплоёмкость продуктов горения в интервале температур 1500 — 2500 К может быть принята равной 1,75 кДж/(м³· К).

При выполнении расчёта температуры горения значения теплоемкостей продуктов горения берут из таблиц, а подсчет производят по методу последовательных приближений, каждый раз определяя теплосодержание продуктов горения при выбранной температуре.

В таблицах 3 и 4 приведены энтальпии газов — С_рТ, отнесённые к молю или м³.

Важно иметь в виду, какой таблицей пользоваться, что зависит от того, в чем рассчитано количество продуктов горения (кмоль или м³).

Низшая теплота сгорания горючего принимается по справочной литературе, а также может быть определена расчетным методом. В настоящей работе допускается использовать теплоту сгорания рассчитанную в п. 2.4.

В общем виде алгоритм вычисления температуры горения можно представить следующим образом:

Рассчитывается низшая теплота горения вещества;

Вычисляется количество продуктов горения, образующихся из единицы массы или объема горючего вещества.

Определяется средняя энтальпия (теплосодержание) продуктов горения с учетом теплопотерь в окружающую среду;

По значению средней энтальпии продуктов горения, с помощью справочной литературы по таблицам «Теплосодержание газов при постоянном давлении», ориентируясь на азот, приближенно определяем температуру горения.

Методом итераций (последовательных приближений) вычисляется температура горения: определяют теплосодержание продуктов горения при выбранной температуре, затем сравнивают ее с количеством тепла, выделяющегося при горении с учетом теплопотерь. Далее или понижают или повышают предполагаемую температуру горения и снова определяют теплосодержание ПГ. Снова сравнивают с количеством тепла, выделяющегося при горении с учетом теплопотерь. Так до тех пор, пока не будет определен интервал температур, в котором находится искомая температура горения. После этого методом интерполяции определяют температуру горения при заданных условиях.

Если потери теплоты не учитывались, то получается адиабатическая, а если учитывались, то — действительная температура горения.

Задача 8. Вычислить действительную температуру горения толуола С₇Н₈, если потери тепла излучением составляют 20%, а горение протекает с коэффициентом избытка воздуха 4,5.

1. Составляем уравнение реакции горения толуола:

С₇Н₈ + 9(O₂ + 3,76 N₂) = 7CO₂ + 4H₂O + 93,76 N₂

2. По уравнению реакции горения определяем количество киломоль продуктов горения:

Поскольку в рассматриваемом случае горение протекает с избытком воздуха (), необходимо учесть остаточный кислород в продуктах сгорания и азот в избытке воздуха:

Таким образом, практический состав продуктов сгорания следующий:

Определяем общее количество продуктов сгорания при сжигании 1 киломоля горючего:

3. Определяем среднее теплосодержание продуктов горения Теплота горения толуола составляет :

Q_гор = 3709,7кДж/кмоль По условию задачи теплопотери составляют 20%, следовательно, = 0,2.

Q_ПГ = 3709,7 (1 — 0,2) = 2967,76кДж/моль Среднее теплосодержание продуктов горения:

Q_ср = 14,6кДж.

• 4. По справочным данным, ориентируясь на азот (табл. 4), определяем Т₁ = 2000⁰С
• 5. Рассчитываем теплосодержание продуктов горения

Q_ПГ²⁰⁰⁰ = 108 646.77 + 88 073.84 + 66 788.6161,4 + 70 392.0· 30,5=14 039 458 кДж.

Q_ПГ¹⁷⁰⁰ = 2 662 696 > Q_ПГ = 2 409 518,4, следовательно, выбираем Т₂ = 1600⁰С Рассчитываем теплосодержание продуктов горения при 1600⁰С.

Q_ПГ¹⁶⁰⁰ =84 554.2· 6+67 333,3·3,5+52 375·32,54+55 182,3·0,775=2 490 041кДж.

Q_ПГ¹⁶⁰⁰ = 2 490 041 > Q_ПГ = 2 409 518,4, следовательно, выбираем Т₃ = 1500⁰С Рассчитываем теплосодержание продуктов горения при 1500⁰С.

Q_ПГ¹⁵⁰⁰ =78 562.5· 6+62 347.2·3,5+48 771.6·32,54+51 453.2·0,775=2 316 494кДж.

Q_ПГ¹⁵⁰⁰ = 2 316 494 < Q_ПГ = 2 409 518,4, следовательно температура горения находится в интервале от 1500 до 1600⁰С.

6. Методом интерполяции рассчитываем температуру горения:

Ответ: температура горения толуола при заданных условиях составляет 1553 К.

Если потери тепла не учитывались, то получаем адиабатическую температуру горения, а если учитывались, то действительную температуру горения вещества.