Сабақтарға «Жағу үрдісінің есебі» «Отын және жану теориясы»

ӘДІСТЕМЕЛІК НҰСКАУ

«Отын және жану теориясы» пәні бойнша

5В071700 Жылуэнергетика мамандығының студенттеріне арналған

1. 
   Отындардың құрамдары
   

Отындардың барлық түрлері өздерінің агрегаттық жағдайларына сәйкес қатты, сұйық және газды болып бөлінеді. Кез келген жоғар май үшін оның құрамы жану өнімінің шығуы мен қышқылдардың шығуындағы жану барысының көрсеткішін анықтауға мүмкіндік беретін маңызды бастау болып табылады.

Қатты және сұйық органикалық отың жанатын және жанбайтын элементердің күрделі химиялық қосынды сияқты.

Химиялық сораптаулардың әдістерімен осы отындардың элементтік құрамдары, яғни осы немесе басқа химиялық элементердің органикалық отың пайыздың бөлшегі. Кез - келген қатты немесе сұйық отындардың құрамына енетін негізгі химиялық элементтер мыналар: С көміртегі, Н сутегі, О оттегі және аз ғана мөлшердегі S күкірт және N азот. Аталған элементерден басқа қатты (сұйық) отындардың құрамында отынды жаққан кезде күлге А, W ылғал айналатын жанбайтын минералды заттар болады. Ылғал мен күл отынның ішкі пішіні деп те атайды.

Аталған химиялық элементердің пайыздық құрамы мен бірге отынның жалпы салмағындағы ішкі пішінің құрайтындар отынның жұмыстық массасының әдеттегі құрамы деп аталады. Отынның жұмыстық массасының әдеттегідей құрамы мына түрде көрсетіледі

«р» индексі осы құрамының отынның жұмыстық массасының құрамына жанатындығын көрсетеді. Осы отың үшін минералды қоспалардың саны мен ылғал осы алу, тасмалдау, сақталудың жағдайна қарай қажеттілігінше өзгертіледі. Осымен байланысты жанармайдың әр түріне жылу химиялық ерешелігіне салыстырмалы баға берудің ыңғайлы үшін құрғақ, отың және органикалық масса деген шартты ұғымдар еңгізілген. Отынның осы есептік массасың құрайтындар «р» индексінің орнына «с», «г», және «о» индекстері қолданылады.

Отынның құрғақ массасының әдеттегі құрамы

ал жанатын массасы

Берілген масса	Жиындық массаның есептелуінің коэффиценті
	жұмыстық	құрғақ		жанатын	органикалық
жұмыстық	1
құрғақ			1
жанатын				1
органикалық					1

Газды отын дегеніміз жанатын және жанбайтын газдардың қоспасы. Мұндай отынның құрамы ондағы газдардың пайыздық құрамымен анықталады, және құрғақ отын үшін жалпы мына түрде көрсетіледі.

Отынның жануының жылуы дегеніміз бұл 1м³ газды отынның немесе 1кг қатты (сұйық) отынның толық жануынан бөлінген жылудың саны. Егер ылғал бу құрау қалпында болса (газ температурасы су буының биіктігі нүктесінен жоғары) онда жану жылуын Q_н төмен дейді. Егер жанған өнімде ылғал сұйық түрде болса, онда жану жылуы жоғары деп атайды Q_в. Жылу жануының жоғары, төмен белгілерінің айырмашылықтары отың жанған өнімінің құрамындағы су буының жылуына тең болады, яғни

G дегеніміз - ылғал массасы, ол 1кг отың жану өнімінің құрамындағысы Г_п-жылу конденсациясы, 2,51Мдж/1кг су шартты түрде қолданылады. G көлемі мына формулалар бойынша анықталады

а) қатты (сұйық) отынды жандыру кезіндегі кг/м³

б) құрғақ газ құрайтын отынды жандыру кезіндегі кг/м³

Құрғақ газ құрайтын отынды жандыру кезінде құрғақ газ құрайтын отынды жағу кезінде жанудың жоғарғы және төмен жылудың арасындағы байланыс мына теңдеумен беріледі

Қатты отың жану жылуы калориметриялық өлшемін нәтижесі бойынша анықталады. Отынның жану жылуының шамамен алғандағы мағынасын ескерту үшін тәжірибеде деректер болмаған кезде Менделеевтің эмпирикалық формуласын пайдалануға болады, Мдж/кг

Егер, отынның жанатын массасының жану жылуы Q_Н^Г, сондай-ақ отынның жұмыстық массасының күл мен ылғал құрамдары белгілі болса
1-мысал

Егер отынның органикалық массасындағы сутегінің H⁰ құрамы 5% болса, құрғақ отың сутегінің құрамын анық алу талап етіледі. Жұмыс отынның күлділігі А^Р=10%, ылғалдылық W^P=20%, күкірттің құрамы S^P=9%. .

Органикалық массаның құрғақтығын есептеу формуласы бойынша


Алдымен құрғақ массаның А^С күлділігін анықтап, құрғақ массалар жұмыс күкіртінің құрамын есептейміз




S^C және A^C белгілеріне қарсы формула қоя отырып сутегінің жиынтық мағынасын анықтаймыз




2-мысал

Егер құрғақ газдың құрамдары белгілі болса, ылғалды газдардың құрамдарың анықтап алу қажет: домендық - 10,7 %, 0,0₂^С; 28,5 % СО^С; 2,5 % Н₂^С; 58,2 %

Домендық газды анықтау үшін – d - 30г/м³

Бұдан кейін К коэффиценттің мағынасын табамыз

Ылғалды газдардың құрамдарын есептейміз
;








1м³ газды құрғақ отың төменгі жану жылуы қалыпты жағдайда анықталады, Мдж/м³, оның құрамы бойынша және жекелей газды отын жануының жылулығы мына формула бойынша анықталады


Q _CO, Q_H2, Q_СН4, Q_СmHn, Q_H2S -тиісті газдардың жану жылуы, Мдж/м³

CO, H₂, CH₄, С_mH_n, H₂S – тиісті газдардын құрғақ газды отынның құрамындағы, %

Қатты және сұйық отынның немесе қатты отынның қосындысының жану жылуы, Мдж/м³

Газ құрамынды отынның қосындысының жану жылуы, Мдж/м³

Х- отынның біреуінің көлемдік үлгісі

3 Жануға қажетті ауаның саны

Отынның толық жануына қажетті кислород саны, көлемі мен массасының саны 1 моль отын үшін, жанудың стехноматериялық теңестірілуімен анықталады. Сонымен, көмірқышқыл үшін деп жазуға болады

1кг көмірқышқылына аламыз, ал күкірт пен сутегі үшін сәйкес







Оттегінің суммарлық қажеттілігі, кг, 1кг сұйық немесе қатты отың жұмыстық массасы толық жану кезінде отындағы кислородтың есебімен қоса алғанда мынаған тен болады

оттегінің жиынтық массасын алғаннан кейін ρ_О2=1,429 ^кг/_м³ көлемі бойынша ауадағы 21% оттегі есепке ала отырып және тиісті қайта құруларын ескеріп теориялық қажетті ауаны анықтау үшін формула аламыз

Массалық көрсеткіші, кг/кг

Газ құрамды отынды жағу үшін ауаның саны жану үшін жанудың мына стехиометриялық тендеуінен анықталады
СО+0,5 О₂= СО₂ CH₄+ 2О₂= СО₂+2H₂O

1+0,5=1 1+2=1+2

H₂S+1,5 О₂=S О₂+ H₂O H₂+0,5 О₂= H₂O

1+1,5=1+1 1+0,5=1

C₂ H₄+3О₂=2СО₂+2H₂O

1+3=2+2 және т.б.

Осыған сәйкес кислород пен азоттың қажетті саны мынадай болады:

яғни, ауаның саны мынадай болады

4 Ауа артықтығының коэффиценті
Теориялық қажетті мөлшердегі ауамен V_B^O отынды жағу кезіндегі бөлігі жанбай қалады, сондықтан толық жану үшін ауаны артық береді. Ауа артықтығының коэффиценті дегеніміз оның теориялық анықталған көлеміне (V_B^O) деген жақты жұмсаған ауаның қатынасы

Жағудың жану немесе басқадай камераларын сынау кезінде жану коэффенценті мен ауаның жанудың құрғақ өнімдерінің газды сораптамасының деректері бойынша анықталады. Жану өнімінде отынды құрайтын СО, СН₄, Н₂ болмағанда, толық жану жағдайы үшін


толық емес жану кезінде

Жану есебі 1кг сұйық отынға, немесе 1м³ газ құрамды отынға жасалған. Толық жану өнімі (түтінді газдар) құрғақ газбен су буының қосындысы , м³/кг немесе м³/м³

Құрғақ түтінді газ (V_cr) көлемі деген үш атомды газдардың көлемінің суммасы , жағуға түскен азоттың минималды көлемі (α=1кезінде) немесе артық ауаның көлемі

, м³/кг немесе м³/м³
5 Жану өнемінің есебі
Отың жанғанда жанатың элементтер тотықтырғыштарымен өзара әрекетке түседі, яғни оттегімен және осыған сәйкес тотықтырғыш CO₂, SO₂, H₂O құрайды. Қышқылдану ауадағы (21%) кислородтың есебінен болғандықтан жану өнемінде аталған қышқылдардан басқа ауада бұрын енген азот та болады. Егер толық жану кезінде отын ауамен бірге берілген оттегіге сезінсе, онда осы кезде болған оттегімен отынның саның бірлестігін стехиометриялық деп атайды, ал теориялық кажетті берілген ауаның санылы V^O, м³/кг немесе м³/м³.

Үш атомды газдардың теориялық көлемі

азот


Газ құрамды отынды есептеу кезінде жану өнімінің құрамы мына түрде анықталады:

үш атомды газдың көлемі

, м³/м³
азоттың теориялық шығыны
, м³/м³
артық ауаның көлемі
, м³/м³
су буының көлемі

м³/м³ жану өнімінің қосындылық саны

Жану өнімінің пайыздық құрамы мынадан анықталады

және т.б.
Есептің нақты дұрыс екендігің тексеру үшін жану барысының материялдық балансын жасайды.


Жану барысының материялдық балансы

баланс статьясы	1м3 газ құрамды отынға	1кг сұйық немесе қатты отынға
Кіріс, кг 1 отын 2 ауа	1*jг α*VB0*jB	I α *VB0*j B
барлығы	jг+ α Vв0*j в	I+ α *Vв0*j в
шағын, кг отынның жанған өнімі	Vпг*jпг	Vпг*jпг

Баланстың байланыстығы 0,5 % көп болмау керек.

Кезкелген құрамды газдың жиындық салмағы мына формула бойынша анықталады

j_СО2 ; j_H2О ; j_СО - газ қоспаларының құрамдарының жиынтық салмағы

CO₂; H₂O; CO - газ қоспадағы осы құрамдардын пайыздық мөлшері.

6 Жану өнімінің энтальпияларын есептеу және жану температурасың анықтау
Отынның химиялық энергиясы жану кезінде түтінді газдың физикалық жылуына айналады, ол осы кезде басқа көздермен бірге олардың жылу ұстағышың және температурасын анықтайды.

Жанудың калориметриялық температурасы дегеніміз егер жағуға енгізілген барлық жылу газды ысытуға ықпал етсе отынды толық жағу кезінде газдың ысуы. Қышқылдың минималды мөлшері бар және жану құрамдарының ысуы жанудың калориметриялық температурасың ыстық шығарған деп атайды. Жанудың калориметриялық температурасы жанудың сандық бірлігіне қатысты жылу балансында болады (1кг немесе1м³)

немесе

Тендеудің сол жағы жану өнімінің жылу ұстауымен температурасы кезінде көрсетіледі

- отынның жылуының төменгі жылуы

α - артық ауа коэффиценті

- жануға берілген ауаның жылу ұстауы

- отынның жылу ұстауы


Жану өнімінің жылу ұстауы температураға байланысты болғандықтан, t_к температураны анықтау үшін оны алдымен тапсырады, содан кейін егер қажет болса алықтайды.

Отынның ыстықтығы

Отынның ыстық бөлігі құрамына байланысты, яғни жанармай жану жылуы жоғары, ал ыстық бөлуі төмен болуы мүмкін.

Есептің мысалы
Саратов – Москва газ өткізгішінің табиғи газы

Газдың құрамы

ылғалдылығы , г/м³

ауаны ысытудын температурасы

α =1,1
1 Құрғақ отынды ылғалдыға айналдыру есебі



2 Теориялық қажетті ауаның саны

3 Ауаның нақты саны

4 Азоттың теориялық саны


5 Үш атомды газдың саны

6. 
   Су буының теориялық саны
   

6. 
   Су буының нақты саны
   

6. 
   Оттегінің артықтық саны
   

6. 
   Жану өнімінің көлемі
   

6. 
   Қосынды құрамындарының пайыздық мөлшері
   

11. 
    Жану өнімінің тығыздылығы
    

11. 
    Отынның жануының жылуы
    

11. 
    Жанудың калориметриялық температурасы
    

11. 
    Жанудың нақты температурасы
    

где η – камералық оттықтарға арналған пирометриялық коэффициент

η = 0,65÷0,5

Әдебиеттер
1. Хзмалян Д. М., Каган Я. А. Теория горения и топочные устройства – М., Энергия, 1976 .

2. Основы практической теории горения (В. В. Померенцев., К. М. Арефьев и др.) - Л., Энергия, 1973.

3. Панкратов Г.П. Сборник задач по теплотехнике - М., Высшая школа, 1986

Нұсқа таңдауы

Семестр жұмысының тапсырма нұсқасы 1, 2 қосымшаларынаң алынады. Бірінші қосымша бойынша, студент тегінің бірінші әрібінен ауа жылыту температуралы отынның су мөлшері және ауа асыру коэффициенті белгіленеді. 2 қосымша бойынша, ақырғы үш сандардың қосылуымен отын белгіленеді.

Қосымша 1

Студент тегінің бірінші әрібі	Ауа жылуы мөлшері tв (0C)	Отындағы су мөлшері (dт) г/м2	Ауа асыру коэффициенті ()
А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я	100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300 320 340 360 380 400 420 440	10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 11 12 13 14 15 16	1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,1 1,2 1,3

Қосымша 2

Газ жасалу орны	СН4	С2 Н6	С3 Н8	С4Н10	С5Н12	C02	N2	Н2О
Промысловское	97,32	0,3	0,08	-	-	0,4	1,9	-
Верковское	98,5	0,6	0,1	-	-	0,1	0,7	-
Коробковское	94,6	1, 1	0,55	0,24	0,41	0,7	2,4	-
Дашава - Киев	98,9	0,3	0,1	0,1	-	0,2	0,4	-
Брянск - Москва	92,8	3,9	1,1	0,4	0,1	0,1	1,6	-
Гоголево - Полтава	85,8	0,2	0,1	0,1	-	0,1	13,7	-
Шебелинка - Москва	94,1	3,1	0,6	0,2	0,8	_	1,2	-
Газли - Коган	95,4	2,6	0,3	0,2	0,2	0,2	1,1	-
Карабулак - Грозный	68,5	14,5	7,6	3,5'	1,0	1,4	3,5	-
Кумертау - Магнитогорск	81,7	5,3	2,9	0,9	0,3	0,1	8,8	-
Ярино – Пермь	38,0	25,1	12,5	3,3	1,3	1,1	18,7	-
Кулешовка - Куйбышев	58,0	17,2	7,4	2,0	0,5	0,8	13,6	0,5
Туймазы – Уфа	50,0	22,0	9,8	1,2	0,4	-	16,6	-
Казань Альметьевск	53,6	22,8	6,1	0,9	0,2	0,2	16,2	-
Линевское	86,65	2,7	0,45	0,2	0,2	1,7	8,1	-
Саушинское	98,2	0,4	0,15	-	-	0,05	1,2	-
Дерюжевское	66,74	2,46	1,16	0,14	0,1	0,9	26,8	1,7
Кирюшкинское	63,0	5,1	1,3	0,2	-	0,5	29, 3	0,6
Ново - Городецкое	70,4	0,7	0,4	0,3	0,2	0,4	26,0	1,6
Султангуловское	79,15	4,9	2,1	0,35	0,5	1,2	8,2	3,6
2- ші қосымшаның жалғасы
Оренбургское	81,71	3,69	1,5	1,4	2,2	0,5	7,5	I,5
Восточно - Рыбушанское	93,3	0,7	0,41	0,25	0,85	0,85	3,64	-
Генеральское	83,5	4,3	1,9	1,0	0,5	0,5	8,6	-
Иловлинское	93, 5	1,4	0,8	1,1	0,8	0,1	2,3	-
Курдюмо - Елшанское	93,02	1,8	0,9	0,3	0,1	0,25	3,6	0,03
Соколовогорское	90,31	2,7	1,2	0,7	0,52	1,37	3,2	-
Степновское	95,5	1,9	0,7	0,4	0,8	0,2	0,5	-

Қосымша 3. Орташа жылусиымдылық газдың және ауаның кДж (м^{3 0}С)

Жылу мөлшері 0С	С02	N2	О2	H2 0	Құрғақ ауа
0	1,6204	1,2927	1,3076	1,4914	1,3009
100	1,7200	1,3013	1,3193	1,5019	1,3051
200	1,8079	1,3030	1,3369	1,5174	1,3097
300	1,8808	1,3080	1,3583	1,5379	1,3181
400	1,9436	1,3172	1,3796	1,5592	1,3302
500	2,0453	1,3294	1,4005	1,5831	1,3440
600	2,0592	1,3419	1,4152	1,6078	1,3583
700	2,1077	1,3553	1,4370	1,6338	1,3725
800	2,1517	1,3683	1,4529	1,6601	1,3821
900	2,1915	1,3817	1,4663	1,6865	1,3993
1000	2,2266	1,3938	1,4801	1,7133	1,4118
1100	2,2593	1,4056	1,4935	1,7397	1,4236
1300	2,3158	1,4290	1,5123	1,7908	1,4453
1400	2,3636	1,4374	1,5220	1,8151	1,4550
1500	2,3636	1,4470	1,5312	1,8389	1,4642
1600	2,3849	1,4554	1,5400	1,8619	1,4730
1700	2,4042	1,4625	1,5483	1,8841	1,4809
1800	2,4226	1,4705	1,5559	1,9055	1,4889
1900	2,4393	1,4780	1,5638	1,9252	1,4960
2000	2,4552	1,4851	1,5714	1,9449	1,5031
3-ші қосымшаның жалғасы
2100	2,4699	1,4614	1,5743	1,9633	1,5094
2200	2,4837	1,4981	1,5851	1,9813	1,5174
2300	2,4971	1,5031	1,5923	1,9984	1,5220
2400	2,5097	1,5085	1,5990	2,0148	1,5274
2500	2,5214	1,5144	1,6057	2,0307	1,5341

жүктеу/скачать 470 Kb.

Достарыңызбен бөлісу: