книги / Теоретические основы теплотехники. Техническая термодинамика

Количество водяного пара, вносимое с воздухом, определяются влагосодержанием, которое при нормальных условиях равно: d = 0,01 кг/кг, тогда:

VHв2O = V 0dρвvH2O = 0,0161V 0 .

Если в топку планируется подавать воздух с относительной влажностью, отличной от нормальной, то влагосодержание и плотность должны быть предварительно пересчитаны в соответствии с теорией влажного воздуха.

С учетом избыточного воздуха действительное количество водяного пара запишется в виде

VH2O = 0,111H p + 0,0124W p + 0,0161αV 0 .

Для перехода к массам продуктов сгорания необходимо определить плотность каждого продукта при нормальных условиях, тогдадействительнаямассапродуктасгораниязапишетсяввиде

mпродукта = Vпродукта ρпродукта ,

ρпродукта = Pμ ,

8314 T

где μ – молярная масса компонента, кг/моль; 8314 – универсальная газовая постоянная, Дж/(моль К).

Например, для CO2 получим:

В действительности любое топливо содержит минеральные примеси. Например, для твердых топлив это, как правило, алюмосиликаты, кремнезем, карбонаты и соли щелочных металлов. Иногда могут присутствовать и редкоземельные элементы в чистом виде. Конкретный состав топлива всегда будет зависеть от месторождения (геологии пласта и т.д.). В связи с этим ре-

121

альное количество продуктов сгорания всегда будет отличаться от расчетного в большую сторону за счет окисления примесей.

8.2. Тепловой баланс

Следующий важный этап при расчете процессов горения – тепловой баланс. Составление уравнения теплового баланса способствует понимаю того, из каких компонентов состоит располагаемая теплота, получаемая при сжигании топлива.

Например, для твердого топлива в общем случае уравнение теплового баланса имеет вид

Q = Qн + Qт + Qр + Qвн,

где Q – располагаемая теплота; Qн – низшая теплота сгорания топлива; Qт – физическая теплота топлива; Qр – привнесенная

теплота (паровое дутье, паровое распыление); Qвн – внешняя

теплота (при внешнем подогреве топлива).

Обычно для большинства твердых топлив Q = Qн.

С другой стороны, располагаемая теплота включает теплоту, отданную теплообменным поверхностям (Q1 ), теплоту (Qд ), за-

траченнуюнадиссоциацию, иэнтальпиютоплива:

Q = iт + Q1 + Qд.

Энтальпия топлива обычно складывается из энтальпий продуктов сгорания, энтальпии избыточного воздуха и золы. Энтальпия продуктов сгорания может быть определена с учетом их теплоемкостей и массовых долей:

N

iпр = cPi giT ,

i=1

где T – температура, при которой производится расчет энтальпии и для которой подобраны теплоемкости продуктов сгорания (при этом считается, что топливо сгорает полностью).

122

Одним из результатов составления теплового баланса является определение температуры горения топлива. В общем случае ее можно получить, считая, что располагаемая теплота – это полная энтальпия процесса горения:

Так как чаще всего в расчетах твердых топлив Q = Qн и из-

вестны теплоемкости продуктов сгорания для конкретных температур, то температуру горения топлива можно отыскать приближенно: интерполируя значения энтальпий.

Например, пусть известны энтальпии продуктов сгорания i1 и i2 при температурах t1 и t2 соответственно. Если известно, что искомая температура горения tг лежит в интервале температур [t1; t2], то:

tг = t1 + Q − i1 (t2 − t1 ). i2 − i1

Рис. 8.1. Графический метод

123

Этот метод аналогичен графическому методу поиска температуры сгорания с использованием кривых коэффициента избытка воздуха (рис. 8.1).

В этом случае необходимо знать температуры горения топлива при определенном избытке воздуха.

Так как вся располагаемая теплота расходуется на производство полезной теплоты и тепловые потери, что следует из теплого баланса, то для любого сжигающего устройства может быть определен коэффициент полезного действия.

КПД рассчитывается для каждого конкретного устройства (например, котла) и включает в себя определение потерь с уходящими газами, потерь от недожога топлива и т.д.

124

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.Исаев С.И. Термодинамика: учебник для вузов. – М.: Высшая школа, 2000. – 413 с.

2.Кудинов В.А., Карташов Э.М., Стефанюк Е.В. Техническая термодинамика и теплопередача: учебник для бакалавров. –

М.: Юрайт, 2016. – 480 с.

3.Мухачев Г.А., Щукин В.К. Термодинамика и теплопередача: учебник для вузов. – М.: Высшая школа, 1991. – 480 с.

4.Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача: учеб. пособие для вузов. – 4-е изд., стер. – М.: Аз-book, 2009. – 469 с.

5.Теплотехника: учебник для вузов / В.Н. Луканин [и др.]. – 4-е изд., испр. – М.: Высшая школа, 2009. – 671 с.

125

Учебное издание

Вахрамеев Евгений Иванович, Галягин Константин Спартакович, Ошивалов Михаил Анатольевич, Савин Максим Анатольевич, Селянинов Юрий Анатольевич

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕПЛОТЕХНИКИ. ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА

Учебное пособие

Редактор и корректор М.А. Шемякина

Подписано в печать 21.09.2021. Формат 60×90/16. Усл. печ. л. 8,0. Тираж 19 экз. Заказ № 179/2021.

Издательство Пермского национального исследовательского

политехнического университета.

Адрес: 614990, г. Пермь, Комсомольский пр., 29, к. 113.

Тел.: + 7 (342) 219-80-33.

126