Scrigroup - Documente si articole

Username / Parola inexistente      

Home Documente Upload Resurse Alte limbi doc  

 
CATEGORII DOCUMENTE


AeronauticaComunicatiiElectronica electricitateMerceologieTehnica mecanica


CALCULUL ARDERII COMBUSTIBILILOR - Ecuatiile stoechiometrice de ardere

Tehnica mecanica

+ Font mai mare | - Font mai mic



DOCUMENTE SIMILARE

Trimite pe Messenger
Analiza functional- constructive a piesei
Clasificarea strungurilor
Tehnologia operatiei de ambutisare a pieselor pentru caroserii auto
Procesului tehnologic de prelucrare mecanica pentru un arbore cu came
METABOND - Tehnologie avansata cu actiune la nivel molecular pentru tratarea suprafetelor supuse uzuri
TRACTIUNEA SI COMPRESIUNEA
PRODUCTIA MONDIALA DE OTEL BRUT
INDICELE LUCRULUI MECANIC DE RUPERE
Echipamentul tehnologic necesar obtinerii piesei semifabricat prin forjare
Angrenaje Conice

TERMENI importanti pentru acest document

: calculul arderii combustibilului : calculul arderii combustibililor : : ardere stoechiometrica :

CALCULUL ARDERII COMBUSTIBILILOR


Scopul arderii combustibililor organici in focarele generatoarelor de abur este acela de a obtine gaze de ardere calde care sǎ constituie agentul termic primar din cazan.

Arderea combustibililor organici este un proces exoterm in cadrul cǎruia se consumǎ combustibil si aer de combustie, generandu-se produse gazoase de ardere (gaze de ardere) si produse solide (cenusa si/sau zgura).

Gazele de ardere generate in focar au temperaturi ridicate, circa (1500 - 2000)oC. Ele parcurg succesiv suprafetele schimbǎtoare de cǎldurǎ ale cazanului, cedeazǎ cǎldura pe care o contin agentului secundar, apa care trebuie vaporizatǎ, si ajung in final sǎ pǎrǎseascǎ cazanul cu temperaturi in jurul a (130 - 150)oC.

Volumele de aer de combustie si de gaze de ardere rezultate se determinǎ in m3N si se raporteazǎ la unitatea de masǎ sau de volum de combustibil care arder. Calculele se efectueazǎ in ipoteza cǎ arderea este completǎ si perfectǎ. Ele sunt efectuate prin procedee stoechiometrice, fǎrǎ a trata reactiile chimice complexe de oxidare exotermǎ a combustibililor.

1. Ecuatiile stoechiometrice de ardere

Inainte de a trece la scrierea ecuatiilor de ardere trebuiesc reamintite cateva notiuni de bazǎ ce vor fi utilizate.

Volumul stoechiometric de aer de combustie reprezintǎ volumul de aer necesar arderii complete a combustibilului fǎrǎ ca in gazele de ardere sǎ mai rǎmanǎ oxigen.

Volumul stoechiometric de gaze de ardere corespunde volumului stoechiometric de aer.

Metrul cub normal, [m3N]. Starea normalǎ a unui gaz corespunde presiunii de 760 torr si temperaturii de 0oC.

Kilomolul este cantitatea de substantǎ a cǎrei masǎ exprimatǎ in kilograme este numeric egalǎ cu masa molecularǎ M a substantei respective.

Legea Avogadro = La o temperaturǎ si o presiune datǎ, un kilomol de gaz perfect ocupǎ acelasi volum. Pentru starea normalǎ volumul ocupat de un kilomol de gaz perfect este de 22,41 m3N/kmol, valoare care poate fi atribuitǎ si celeorlalte gaze pentru simplificarea calculelor. Rezultǎ cǎ volumul de 22,41 m3N din orice gaz sau de vapori de apǎ are masa exprimatǎ in kilograme egalǎ cu masa molecularǎ a substantei respective.

Arderea completǎ a carbonului

(1) (2) (3) (4)

C+O2→CO2

1 kmol C +1 kmol O21 kmol CO2

12 kg C + 22,41 m 3 N O 2 22,41m 3 N CO2

1 kg C + (22,41/12)m 3 NO2 (22,41/12)m3NCO

Arderea incompletǎ a carbonului

(5) (6)

C + 0,5O2→CO

1 kmol C + 0,5 kmol O2 1 kmol CO

33


12 kg C + (22,41/ 2)mN3 O2 22,41mN3 CO

(7)

1kg C + (22,41/ 2,12)mN3 O2 (22,41/12)m3N CO

(8)

Arderea hidrogenului

H2 +0,5O2 H2O

(9)

1kmol H2 +0,5 kmol O2 →1kmol H2O

(10)

2 kg H2 + (22,41/ 2)mN3 O2 22,41mN3 H2O

(11)

1kg H2 + (22,41/ 2)mN3 O2 (22,41/ 2) mN3 H2O

(12)

1mN3 H2 +0,5 mN3 O2 →1mN3 H2O

(13)

Arderea sulfului

S +O2 SO2

(14)

1kmol S +1kmol O2 →1kmol SO2

(15)

32 kg S + 22,41mN3 O2 22,41m3N SO2

(16)

1kg S + (22,41/32) mN3 O2 (22,41/32) m3N SO2

(17)

Arderea hidrogenului sulfurat

H2S +1, 5 O2 SO2 + H2O

(18)

1kmol H2S +1,5 kmol O2 →1kmol SO2 +1kmol H2O

(19)

22,41 mN 3 H2S + (1,5 22,41)m3N O2 - 22,41 mN 3 O2 + 22,41 mN 3 H2O

(20)

1mN3 H2S +1,5 mN3 O2 →1mN3 SO2 +1mN3 H2O

(21)

Arderea monxidului de carbon

CO +0,5 O2 CO2

(22)

1kmol CO + 0,5 kmol O2 →1kmol CO2

(23)

22,41 m3N CO + (0,5 22,41) m3N O2 - 22,41 m3N CO2

(24)

1mN3 CO +0,5 mN3 O2 →1mN3 CO2

(25)

Arderea metanului

CH4 +2O2 CO2 +2H2O

(26)

1kmol CH4 + 2 kmol O2 →1kmol CO2 + 2 kmol H2O

(27)

22,41 mN 3 CH4 + (2-22,41) mN 3 O 2 - 22,41 m3N CO2 + (2-22,41) m3N H2O (28)

1m3NCH + 2 m3N O2 ^ 1 m3N CO2 + 2m3N H2O (29)

Arderea hidrocarburilor CmHn

CmHn +[m + (n/4)]O2 - m CO2 + (n/2)H2O (30)

34


1kmolCmHn +[m + (n/4)]kmolO2 -^■mkmol CO2+(n/ 2)kmol H2O (31) 22,41 m3N CmHn + [m + (n/4)] 22,41 m3N O2 - 22,41 m m3N CO2 + 22,41 (n/2) mN HO

(32)
1m3NCmHn +[m + (n/4)] m3N O2 ^m m3N CO2 +(n/2) m3N H2O (33)

Volumul stoechiometric de aer de combustie

Volumul stoechiometric de oxigen necesar arderii se obtine din insumarea volumelor de oxigen necesare arderii componentilor combustibilului, din ecuatiile precedente.

Cazul combustibililor masici:

In cazul arderii unui combustibil masic, se considerǎ arderea unui kilogram de combustibil solid sau lichid, cu compozitia elementarǎ:

Ci + Hi + Ni + Oi + Si +Mi + Wit = 100% (34)

Volumul stoechiometric de oxigen necesar arderii este:

Vo2 = (22,41 /12) C+ (22,41 /2 2)Hi+ (22,41 /32)(Si -Oi) (35)

Instalatiile de ardere ale cazanelor sunt alimentate insǎ cu aer, nu cu oxigen. In aer, oxigenul are o participatie volumicǎ de 21%. Volumul stoechiometric de aer uscat necesar arderii unui kilogram de combustibil masic va fi in aceste conditii:

Voa = Vo /0,21 [m3N aer/kg comb.] (36)

Cazul combustibililor gazosi:

In cazul arderii unui combustibil gazos, se considerǎ arderea unui metru cub normal de combustibil gazos, cu compozitia elementarǎ:

VOo 2 = 0,5 (CO)anh + 0,5 H2 anh +1,5(H2S)anh + 2(CH4)anh +

(37)

+ [m + (n /4)]CmHn ]Th - O2 anh [m3NO2/ m3N c.g.]

Volumul stoechiometric de aer corespunzǎtor este: Voa = Vo /0,21 [mN 3 aer /kg comb.]

Calculele anterior prezentate sunt valabile in ipoteza cǎ aerul de combustie este uscat. Dacǎ insǎ aerul introdus in focareste umed, volumul stoechiometric de aer este mai mare, Vaumo>Vao, tocmai datoritǎ vaporilor de apǎ continuti. Pentru a tine cont de umiditatea absolutǎ x[kg H2O/kg aer uscat] a aerului, trebuie cunoscute temperatura acestuia, ta[oC] si umiditatea sa relativǎ, φa[%]. Cu valorile cunoscute pentru ta si φa se intrǎ in diagrama Molliere pentru aer umed si abscisa corespunzǎtoare intersectiei izotermei ta cu izohigra φa dǎ tocmai valoarea umiditǎtii absolute x[kg H2O/kg aer uscat].

Valoarea uzualǎ consideratǎ in calcule este x=10gr/kg si ea corespunde parametrilor aerului ta=25oC si φa=50%.

35


Dacǎ dorim rezultate mai exacte, apelǎm la relatiile de calcul care dau valoarea lui x:

x = 0,622 ϕaps /(pb -ϕaps) [kg H2O/kg aer usc] (38)

unde: - ps[bar] = presiunea de saturatie a vaporilor de apǎ, determinatǎ din tabelul de abur in functie de ta;

- pb[bar] = presiunea barometricǎ.

Volumul de vapori de apǎ din aerul umed este:

VoO=x ρaVo / ρH O [mN 3 H2O/kg comb.] (39)

unde: -/>a[kg/m3N] = densitatea aerului in stare normalǎ, ρa = 1,2925 kg/m3N;

- ρH O [kg/m3N] = densitatea in stare normalǎ a vaporilor de apǎ, ρHO = 0,804

kg/m3N. Rezultǎ cǎ volumul stoechiometric de aer umed se calculeazǎ cu relatia:

Va ou m =Vao+xρaVaoH2O = (1+xρaVao /ρH2O)Vao = (1+1,61x ) Vao [ mN 3/kg]

(40)

Volumul stoechiometric de gaze de ardere

Produsele rezultate in urma arderii combustibililor organici sunt gazele de ardere si compusii masici ai acesteia, anume cenusa sau zgura. Gazele de ardere, in functie de compozitia elementarǎ a combustibilului sunt dioxidul de carbon, apa, dioxidul de sulf si azotul. Determinarea volumelor componentelor gazelor de ardere se face apeland la ecuatiile stoechiometrice de ardere prezentate anterior.

Cazul combustibililor masici

Volumul de dioxid de carbon:

VCO 2 = (22,41/12)C [m3N CO2/ kg comb] (41)

Volumul de vapori de apa:

Apa din gazele de ardere are trei surse de provenientǎ, cu volumele lor aferente:

- Volumul de vapori de apǎ din arderea hidrogenului:

VH2O=(22,41/2)Hi+(22,41/18)Wi [m3NH2O/kg] (42)

- Volumul de vapori de apǎ datorat umiditǎttii aerului de combustie:

V'HO=pb xVoa /RaTaρH O [m3N H2O/kg comb.] (43)

- Volumul de vapori de apǎ datorat aburului folosit eventual pentru pulverizarea pǎcurii:
V''=W
/ρHO [m3NH2O/kg ] (44)

HO

Prin insumarea celor trei componente, obtinem volumul total de vapori de apǎ din gazele de ardere:

36


Vho =VH ' 2o +Vho+Vho (45)

Vo2O=22,41[(Hi/2) + (Wti/RaTaρH2O+(WpH2O) [m3NH2O/kg comb] (46)

Volumul de dioxid de sulf

(47)

VSO2 =(22,41/32)Sci [m3N/kg]

Volumul de azot:

In gazele de ardere azotul provine din combustibil si din aerul de ardere, format in proportie de 79% din azot:

VNo 2=(22,41/28)Ni+0,79Vao [m3N N2/kg comb.] (48)

Volumul stoechiometric total de gaze de ardere uscate va fi:

[mN3 / kg] (49)

Vgou =VCO2 +VSO2 +Vo2 =22,41(Ci /12 + Sci/32 + Ni /28) + 0,79Vao

Volumul total de gaze de ardere inclusiv vaporii de apǎ continuti:

Voga =Vou+Vo2 O [m3N / kg comb.] (50)

In general, continutul de azot al combustibililor masici este foarte redus, in jurul valorii de Ni= 0,5%. El poate fi neglijat, caz in care vom avea un volum total de gaze de ardere :

Voga = 0,79Vo +22,41(C /12 + Sic/32 + Hi /2 + Wti /18) (51)

(In relatia anterioarǎ au fost neglijati si vaporii de apǎ proveniti din aerul de combustie, V' H O ca si cei din aburul tehnologic, V' H 2 O).

Cazul combustibililor volumici

In cazul combustibililor gazosi relatiile generale de calcul a volumului gazelor de ardere sunt aceleasi ca si la combustibilii solizi, cu diferenta unitǎtii de mǎsurǎ care devine [m3N gaze de ardere/ m3N combustibil]. Volumele gazelor care se gǎsesc in gazele de ardere se deduc din ecuatiile de ardere pentru combustibilii gazosi, dupǎ cum urmeazǎ:

Volumul de dioxid de carbon

Dioxidul de carbon provine din arderea monoxidului de carbon, a hidrogenului sulfurat si a hidrocarburilor, dar si din compozitia insǎsi a combustibilului respectiv:

VCO 2 = (CO) anh + m(CmHn )anh + (CO2 )anh [mN 3 CO2/ m3N comb. ] (52)

Volumul de dioxid de sulf

Dioxidul de sulf rezultǎ din arderea hidrogenului sulfurat:

(53)

VSO 2 = ( H2S) [mN SO2/ mN comb.]


37


Volumul de azot

Volumul de azot din gazele de ardere se datoreste azotului din combustibil dar si a t


VNo = (N2)anh + 0,79Vao [mN3 N2 / mN3 comb.]


(54)


Volumul vaporilor de apa

Volumul stoechiometric de vapori de apǎ este rezultatul arderii hidrogenului molecular, a celui sulfurat si a hidrocarburilor:

VoO= (H2 ) anh + (H2S)anh + (n /2) (CmHn)anh [m3N H2O/m3N comb. ] (55)

Volumul stoechiometric total de gaze de ardere uscate va fi:


Vgou =VCO2 +VNo2 +VSO

(CO)anh +(mCmHn )anh + (CO2)anh + (H2S)anh + (N2 )anh + 0,79Vao [m3N / mN3 comb.]

Volumul stoechiometric total de gaze de ardere este:


(56) tt


V

goa=(CO) anh+∑[m + (n/2)](CmHn) anh+(CO2) anh +


2(H2S)anh + N2anh + 0,79Vao + (H2 )anh [mN3 / mN3 comb.] (57)

Cǎnd nu este cunoscutǎ compozitia elementarǎ a combustibilului pot fi folosite asa numitele formule statistice pentru calculul volumelor de aer si de gaze de ardere:


Vao = aQii +b [m3N aer / kg comb.] Vg oa = cQii + d [mN3 g.a./ kg comb.]


(58) (59)


In relatiile (38) si (59) Qii , exprimatǎ in [MJ/kg] sau [MJ/m3N], este cǎldura inferioarǎ de ardere a combustibilului, iar a, b, c si d sunt constante care sunt publicate in diferite cǎrti de specialitate.

Tabelul 1

Combustibilul

a

b

c

d

Solid

0,239

0.5505

0,215

1,65

0,245

0,439

0,219

1,58

Turbǎ

0,231

0,525

0,204

1,58

Lemn

0,229

0,57

0,201

1,73

Cocs

0,259

0,18

0,258

0,295

Combustibil lichid

0,203

2

0,265

0

0,308

-1,37

0,368

-3,765

0,251

0,340

2,292

0,729

Gaze sǎrace

0,209

0

0,173

0

Gaze bogate

0,261

-0,25

0,273

-0,25

Gaze naturale

0,264

0,062

0,277

0,618

38


2. Arderea cu supliment de aer

Din cauza imperfectiunii arzatoarelor si focarelor nu pot fi realizate amestecuri omogene intre combustibil si oxidant, fapt pentru care probabilitatea de intalnire a atomilor de elemente combustibile cu atomi de oxigen este subunitara. Din acest motiv, in focare se introduce mai mult aer decat aerul minim necesar arderii, caz in care spunem ca arderea se desfasoara cu supliment de aer sau cu aer in exces.

Raportul dintre volumul de aer introdus in focar Va si volumul de aer stoechiometric, Va se numeste raport de aer sau coeficient de exces de aer si se noteaza cu X sau cu a.

λ = Va/Vo (60)

Valorile coeficientului excesului de aer 1 depind de o multime de factori, dintre care cei mai importanti sunt proprietatile combustibilului, modul sau de ardere si constructia focarului. Pentru focar el se noteaza cu h si are valori cuprinse in intervalul 1,05 si 1,7 si este recomandat in literatura de specialitate.

Daca notam cu D[kg abus/s] sarcina partiala a cazanului si cu Dn[kg abus/s] sarcina nominala a acestuia, pentru combustibili solizi la sarcini partiale de (50 - 70)% din cea nominala, avem:

λ fD=λf+[0,7-(D/Dn)] (61)

iar pentru combustibili lichizi la sarcini de (30 - 50)% avem:

λfDf + 0,5[0,5-(D/Dn)] (62)

In instalatiile de ardere barometrica, circuitul gazelor de ardere este mentinut la depresiune atmosferica, pentru a preveni scaparile de gaze toxice, in special de monoxid de carbon in afara cazanului. Din acest motiv, aerul atmosferic patrunde prin neetanseitatile instalatiei, producand cresteri AXf ale raportului de aer, pe masura parcurgerii traseului gazelor de ardere. Valorile AXf variaza intre 0,02 si 0,2.

La sarcini partiale de functionare ale cazanului infiltratiile de aer fals in focar cresc dupa relatia:

Δ λfD=Δ λf(Dn /D) (5.63)

iar in celelalte zone ale canalului gazelor de ardere dupa relatia:

Δ λf =Δ λ(Dn/D)0,5 (5.64)

Volumul de aer de combustie este prin urmare pentru arderea cu excedent de aer,

VafVo (5.65)

Nu toate produsele de ardere sunt influientate de suplimentul de aer Xf , ele depinzand doar de compozitia elementara a combustibilului (CO2, SO2). Daca se tine cont de umiditatea aerului de combustie, x [kgH2O/kg aer uscat], in cazul arderii cu supliment de aer se va modifica relatia de calcul pentru V'' H O. Aceasta devine:

V'HO= pbfVo / RaTaρH O [m3N H2O/ kg comb. ] (5.66)

si modifica in acelasi timp relatia care da volumul total de vapori de apa din gazele de ardere. Vom avea pentru arderea combustibililor masici:

39


VHO= 22,41[(H/2)+ (W/18)]+ (pbλfVox/RaTaρH 2 O) + (WpHO) [m3N H2O/kgcomb.]

(67) iar pentru combustibilii gazosi:

VH2O = (H2 )anh + (H2S)anh + (n /2)(CmHn )anh + pbfVoa / RaTaρH2 O [m3N H2O/ m3N comb.]

(68) Deosebit fatǎ de arderea stoechiometricǎ, datoritǎ suplimentului de aer mai apare o componentǎ in gazele de ardere, si anume volumul de oxigen liber, VO 2:

VO 2 = 0,21( λf-1)Vo [m3N O2/ kg comb.] sau [m3NO2/m3N comb.] (69)

O altǎ componentǎ al cǎrei volum se modificǎ, este volumul de azot din gazele de ardere, VN 2 :

- pentru combustibilii masici:

VN = (22,41/28)N+ 0,79 λfVo [m3NN2/ kgcomb.] (70)

- pentru combustibilii gazosi:

VN =N2nh +0,79λfVo [m3NN2/m3Ncomb.] (71)

In aceste conditii, relatiile care dau volumul de gaze de ardere uscate, devin:

- pentru combustibilii masici:

Vgu =22,41[C/12) + (Sc/32) + (N/28)] + ( λf-0,21)Vo [m3N/kgcomb.]

(72)

- pentru combustibilii gazosi:

Vgu = (CO)anh+(∑mCmHn ) anh +(CO2)anh +(H2S)anh +N2 anh +

+ ( λf-0,21)Voa [m3N/m3Ncomb.] (73)

Volumul total de gaze de ardere umede, in cazul arderii cu supliment de aer, este:

- pentru combustibilii masici:

Vga=22,41[C/12) + (Sc/32) + (N/28) + (H/2) + (W/18)] + ( λf-0,21)Vao +

+(pbλfVoax/RaTaρH2 O) + (WpH2 O) [m3N/kgcomb.] (74)

- pentru combustibilii gazosi:

Vga = (CO)anh +[m + (n/ 2)](CmHn )anh + (CO2 )anh + 2(H2S)anh + Na2nh + H2 anh +

+( λf-0,21)Vao + pbfVao/RaTaρH2 O [m3Nga/m3Ncomb.] (75)

Si in cazul arderii cu supliment de aer pot fi utilizate formule statistice pentru determinarea volumului gazelor de ardere, atunci cand nu este cunoscutǎ analiza elementarǎ a combustibililor:

- pentru combustibili masici:

Vga =0,238[b + a( λ-1)]Qii +10-3Wti [m3N ga/ kgcomb.]

(76)

- pentru combustibili gazosi:

Vga=(0,265λ + 0,034)Qianh [m3N ga/ kg comb.] (77)

40


Pentru coeficientii a si b sunt recomandate in acest caz valorile din tabelul 2.

Tabelul 2.

Combustibilul

a

b

Semiantraciti si cǎrbuni sǎraci in volatile

1,1

1,15

Huile si reziduuri de la innobilarea cǎrbunilor

1,1

1,17

Cǎrbuni bruni cu Vmc<45%

1,1

1,18

Cǎrbuni bruni cu Vmc>45%

1,1

1,19

Sisturi cu Vmc=80%

1,1

1,23

Turbǎ

1,07

1,20

Pǎcurǎ

1,1

1,18


Entalpia aerului si a gazelor de ardere

Incǎlzirea si rǎcirea gazelor de ardere in focarul si in canalelel de gaze ale generaytoarelor de abur, cu unele exceptii, are loc la presiune practic constantǎ, aproximativ egalǎ cu presiunea atmosfericǎ. Din acest motiv, in calculele termice ale agregatelor de cazan, cǎldura schimbatǎ intre fluidul calr, gazele de ardere si fluidul rece, (aer, apǎ, abur) reprezintǎ de fapt variatia de entalpie. Ca urmare, pentru proiectarea generatoarelor de abur si pentru prelucrarea rezultatelor obtinute din incercarea lor, este necesar sǎ se cunoascǎ entalpia produselor arderii, respectiv sǎ se traseze diagrama Iga(t,λ).

La determinarea entalpiilor se utilizeazǎ cǎldurile specifice medii la presiune constantǎ raportate la unitatea de volum [kJ/m3N] in cazul aerului si a gazelor de ardere sau la unitatea de masǎ, [kJ/kg], in cazul cenusii si a zgurei.

(78) (79)

(80) Igo a (t) , depinde de

Entalpia aerului de combustie stoechiometric este:

Iao (t) = Voaia (t) [kJ / kg comb. sau kJ/m3N comb. ] unde ia(t) este entalpia specificǎ a aerului, care se determinǎ cu relatia:

ia (t) = cpa (t)t [kJ /mN3 ]

Entalpia aerului introdus excedentar in focar este:

Ia (t) = (λ-1)Iao (t) [kJ / kg comb. sau kJ/m3N comb.]

Entalpia volumului stoechiometric de gaze de ardere, o

compozitia acestora si este datǎ de relatia:

Ioga (t ) = VCO 2 iCO2 (t ) + VHo2OiH2O (t ) + VoSO2iSO 2 (t ) + VoiN2 (t ) [kJ / kg comb. sau kJ / mN 3 comb.]

(81) unde iCO 2 (t),iH O(t),iSO 2 (t),iN (t) sunt entalpiile specifice ale componentelor prezente in gazele

de ardere, la temperatura t. Valorile acestora fac obiectul unor tabele specifice, prezente in literatura de specialitate.

Dacǎ se ard cǎrbuni, al cǎror continut de cenusǎ este A[%], o parte xa din cenusǎ este antrenatǎ de gazele de ardere, ea avand entalpia:


Icen (t) = xa Aicen (t) [kJ / kg comb.]


(82)


41


In aceste conditii si dacǎ se ia in calcul si aerul suplimentar introdus pentru arderea completǎ a combustibilului cu coeficientul de exces λ , entalpia gazelor de ardere se calculeazǎ cu relatia:

Iga(t,λ) = VCOo0JCO2(t) + Vo (t)+VS oO 2 iSO2(t)+ +VoiN (t) + xa(Ai /100)icen(t) + (λ-1)Io(t) [kJ/kgcomb.saukJ/m3Ncomb.] (83)


In figura 8 este reprezentatǎ grafic functia Iga(t,λ) construitǎ pentru un anumit tip de

combustibil, in cazul de fatǎ o pǎcurǎ, ,

acǎrei analizǎ este trecutǎ in diagramǎ. ^ Acest tip de diagramǎ se numeste ^ $6500 diagrama speciala Iga(t, λ).Ea este

3GGOO

i$QC3

MPB0

CZCQ

folositǎ mai ales pentru determinarea temperaturii gazelor de ardere de entalpie cunoscutǎ. Acest tip de diagramǎ poate fi construit numai dacǎ se cunoaste analiza elementarǎ a combustibilului.

7 '

In situatia in care compozitia elementarǎ a combustibilului nu este cunoscutǎ, se utilizeazǎ diagrama universala i (t,λ), utilizand cǎldura

de ardere a combustibilului, Qii [kJ/kg] sau [kJ/m3N].

lirkm

SSO

t fc

Figura 8.

Aceastǎ diagramǎ se intocmeste statistic, ea reprezentand functia de temperaturǎ a entalpiei specifice a gazelor de ardere.

cdMw <*■ ar&etv <?,-

In locul raportului de aer λ , diagrama foloseste ca mǎrime de intrare volumul relativ de aer in exces Vax :

Vae x=(λ-1)Vao100/[Vgoa+(λ-1)Vao]

[%]

(84) Mǎrimile Vao si Vgao se pot determina cu relatiile statistice sau mai putin precis cu diagramele din figura 9.

Intre diagrama specialǎ Iga(t,λ) si cea

universalǎ iga(t,λ) existǎ legǎtura directǎ:

PfxaeBC ,<?/- 6Scoeto//tfa

Iga(t,λ) = Vga(λ)iga(t,λ) (85)

Volumul total de gaze de ardere se poate determina cu relatia:

/ax tfoo ~iaoa tsoo (*c)

un W3 irrj C*]


Vga (λ) = Vga +(λ- 1)Vo (86)


Figura 9.


42


4. Entalpia gazelor de ardere cu recirculare

In diferite situatii, o parte Vgr din gazele de ardere sunt prelevate din focar pentru a fi folosite la uscarea si preincǎlzirea combustibilului care urmeazǎ sǎ fie introdus in focar. Dupǎ utilizare, aceste gaze sunt reintroduse in cazan, pe circuitul gazelor de ardere, intr-un loc aflat inaintea celui din care au fost

te. _Vg_ .

Aceastǎ recirculare a gazelor ~~^~~^|---- , gam A ga >

atrage dupǎ sine modificarea valorii |_F

entalpiei gazelor de ardere. Pentru

determinarea entalpiei gazelor de

Vgr

ardere in diferite portiuni ale traseului,

se incepe cu determinarea in modul

uzual a volumului Vga si a entalpiei Iga

a produselor de ardere Pentru Figura 10.

exemplificare, folosim desenul din

figura 10.

Dupǎ aceea, se tine seama de schimbarea provocatǎ de recirculare, proces caracterizat de factorul de recirculare r:

(87)

r =Vgr /Vga

Pe traseul FA circulǎ volumul de gaze :

Vgam = Vga + Vgr = (1 + r)Vga [m3N / kg sau m3N/m3N] (88)

Entalpia gazelor de ardere pe aceastǎ portiune de circuit este:

Igan(t,λ)=Iga(t,λ) + Igr(t,λ) [kJ / kg sau kJ / m3N] (89)

5. Temperatura adiabatica a gazelor de ardere

Temperatura adiabaticǎ a gazelor de ardere este o valoare teoreticǎ a temperaturii gazelor de ardere generate in focarul unui generator de abur si anume , temperatura pe care ar avea-o gazele de ardere in conditiile in care acestea nu ar schimba deloc cǎldurǎ cu peretii focarului. Acest lucru ar fi posibil dacǎ peretii focarului ar fi cǎptusti cu suprafete limitatoare perfect adiabatice.

Insǎ scopul prezentei focarului in componenta generatoarelor de abur este tocmai acela de a utiliza intr-un grad cat mai ridicat cǎldura gazelor de ardere generate, scop in care el este cǎptusit cu ecrane de tevi care sǎ fie capabile sǎ preia cat mai multǎ cǎldurǎ de la gaze. Schimbul de cǎldurǎ incepe imediat dupǎ formarea gazelor de ardere, astfel incat temperatura din focar nu va ajunge niciodatǎ la valoarea temperaturii adiabatice calculate.

Temperatura adiabaticǎ este o valoare teoreticǎ, folositǎ ca referintǎ pentru aprecierea calitǎtii arderii desfǎsuratǎ in conditii reale cu arderea care s-ar desfǎsura in conditii teoretice. Ea nu poate fi determinatǎ experimental, ci se calculeazǎ cu ajutorul entalpiei maxime a gazelor de ardere.

Pentru determinarea prin calcul a temperaturii adiabatice a gazelor de ardere considerǎm incinta unui focar delimitatǎ de suprafete adiabatice. Pentru aceastǎ incintǎ scriem o ecuatie de bilant termic intre cantitǎtile de cǎldurǎ introduse si cele evacuate, considerand temperatura de referinǎ 0oC si presiunea de referintǎ 0,1013 MPa.

43


In cazul arderii combustibililor fluizi, precum si pentru combustibilii solizi mǎcinati se poate scrie:

Qii+ic+Wab ( iab-2510)+(1-0,01q4)Iaum'p,tp)+QMV =

= (1-0,01q4)Iga(tad,λf) + Q5t+Q5m+Q5f+Q3+Q4 + Q6 [kJ / kg sau MJ / m3N]

(90) unde:

-  Qii in [kJ/kg sau MJ/m3N] este cǎldura inferioarǎ de ardere a combustibilului, determinatǎ pentru proba initialǎ;

-  io in [kJ/kg sau MJ/m3N] este entalpia specificǎ a combustibilului la intrarea in focar;

ic = cctc [kJ / kg sau kJ / m3N ]

-  cc in [kJ/kg K sau kJ/m3N] este cǎldura specificǎ a combustibilului;

-  to [Co] este temperatura combustibilului introdus in focar;

-  Wab [kg abur/kg comb.] este cantitatea de abur folositǎ pentru pulverizarea pǎcurii sau a prafului de cǎrbune;

-  iab[kJ/kg] este entalpia specificǎ a aburului introdus in focar;

-  q4[%] reprezintǎ pierderile relative de cǎldurǎ ale cazanului datorate arderii fizic

incomplete;

-  X p si Af sunt rapoaetele de aer la iesirea din preincǎlzitorul de aer si respectiv in focar;

-  tp [oC] este temperatura aerului la iesirea din preincǎlzitor;

- Iaum( λ 'p, t 'p) [kJ /kg comb. sau MJ/m3N comb.] este entalpia aerului umed de

coeficient de exces λ ' p si cu temperatura t corespunzǎtor unitǎtii de masǎ sau de volum de

combustibil;

-  Qmv [kJ/kg comb.] partea de energie electricǎ de antrenare a morii ventilator care trece in cǎldura inmagazinatǎ de un kilogram de cǎrbune;

-  tmax [oC] temperatura maximǎ a gazelor de ardere;

- Iga(tmaxf)[kJ/kgcomb. sau MJ/m3N comb.] este entalpia gazelor de ardere cu

raport de aer Af si la temperatura tmax;

- Q5t,Q5m,Q5f [kJ/kg comb. sau MJ/m3N comb.] sunt pierderi de cǎldurǎ in exterior

prin peretii turnurilor de uscare a prafului de cǎrbune, prin peretii morii de cǎrbune si ai focarului cazanului;

-    Q3 [kJ /kg comb. sau MJ /m3N comb.] pierderi de cǎldurǎ datoritǎ arderii chimic incomplete;

-    Q4 [kJ /kg comb. sau MJ /m3N comb.] pierderi de cǎldurǎ datoritǎ arderii fizic incomplete;

44


- q6 [kJ/kg] - pierderi de cǎldurǎ relative provocate de evacuarea la temperatura

mediului a produselor masice de ardere;

Marimea tad pe care trebuie sa o determinam nu poate fi explicitat& in ecuatia (90), pentru ca nu sunt cunoscute functiile analitice de temperatura ale caldurilor specifice. Pentru aflarea temperaturii maxime se pot utiliza o metoda analitica de aproximare succesiva si o metoda grafica care foloseste diagrama Iga(t,A) construita pentru amestecul de combustibili

utilizati de cazan.

In cazul abordarii procedeului analitic, initial se adopta o valoare tmax cu care se verifica respectarea ecuatiei (90) , la nevoie procedand prin iteratie. Aceasta metoda este mai indicata atunci cand se utilizeaza calculatorul electronic. Cand se calculeaza manual, se poate utiliza diagrama specialǎ i (t,A) a amestecului de combustibili utilizati. Ecuatia (90)

se expliciteaza in functie de Iga(tad,Af) si cunoscand aceasta marime, cu ajutorul diagramei Iga(t,A) se determina direct valoarea temperaturii tmax..

45


DISTRIBUIE DOCUMENTUL

Comentarii


Vizualizari: 1169
Importanta: rank

Comenteaza documentul:

Te rugam sa te autentifici sau sa iti faci cont pentru a putea comenta

Creaza cont nou

Distribuie URL

Adauga cod HTML in site

Termeni si conditii de utilizare | Contact
© SCRIGROUP 2014. All rights reserved