Визначення об'ємів повітря і продуктів згорання

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ ХЕРСОНСЬКА ДЕРЖАВНА МОРСЬКА АКАДЕМІЯ

Факультет суднової енергетики Кафедра експлуатації суднових енергетичних установок

Та загальноінженерної підготовки

Шифр № ________

Реєстр № ________

Методичні рекомендації до виконання лабораторних робіт з дисципліни

СУДНОВІ ПАРОВІ КОТЛИ ТА ЇХ ЕКСПЛУАТАЦІЯ

підготовка бакалаврів галузь знань: 0701 «Транспорт і транспортна інфраструктура»

напрям підготовки: 6.070104 «Морський та річковий транспорт» професійне спрямування «Експлуатація суднових енергетичних установок»

курс: 4

форма навчання: денна / заочна

м. Херсон 2012 р.

Методичні рекомендації до виконання лабораторних робіт з дисципліни «Суднові парові котли та їх експлуатація» розробили у відповідності з робочою навчальною програмою асистент кафедри експлуатації суднових енергетичних установок та загальноінженерної підготовки М.В. Бабій та старший викладач Г.Л. Скрипка.

Методичні рекомендації розглянуто та схвалено на засіданні кафедри експлуатації суднових енергетичних установок та загальноінженерної

підготовки.

«____» ____________________ 2012 р. протокол №____

Начальник навчально-методичного відділу	____________	В.В. Черненко
Завідувач кафедри експлуатації
суднових енергетичних установок та
загальноінженерної підготовки, професор	____________	А.В. Букетов

ЗМІСТ
Вступ…………………………………………………………………………..
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №1. Матеріальний баланс процесу згорання.
Об'єми повітря і продуктів згорання………………………………………..
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №2. Побудова діаграми «ентальпія –
температура» продуктів згоряння…………………………………………...
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №3. Попередній тепловий баланс
допоміжного котла…………………………………………………………..
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №4. Тепловий баланс утилізаційного котла.
Оцінка глибини утилізації тепла випускних газів ДВЗ……………………
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №5. Розрахунок теплообміну в топці………..
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №6. Тепловий розрахунок випарного пучка
труб……………………………………………………………………………
ЛІТЕРАТУРА…………………………………………………………………

ВСТУП

Метою даних методичних вказівок є надання курсантові методичної допомоги у вивченні і критичному аналізі конструкції найбільш розповсюджених на суднах парових котлів, виконанні розрахунків процесів,

що протікають в них. Аналіз отриманих розрахунковим шляхом результатів має бути спрямований на визначення шляхів і методів підвищення техніко-

економічних показників суднових котельних установок.

Пропоновані методичні вказівки можуть бути використані в ході дипломного і курсового проектування.

Для успішного засвоєння матеріалу, в роботах коротко викладається теоретичний матеріал. Для детальнішого опрацювання та закріплення вивченого матеріалу в кінці кожного заняття приводиться перелік питань.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №1

МАТЕРІАЛЬНИЙ БАЛАНС ПРОЦЕСУ ЗГОРАННЯ. ОБ'ЄМИ ПОВІТРЯ І ПРОДУКТІВ ЗГОРАННЯ

Мета заняття:придбання навичок розрахункового визначенняскладових матеріального балансу для процесу згорання, що проходить в топці суднового допоміжного котла.

Завдання. 1. Скласти матеріальний баланс процесу згорання1кгпалива, визначити об'єм газоподібних продуктів згорання, знайти теоретичний і дійсний об'єми повітря для горіння.

2. Розрахувати повний об'єм димових газів, що утворилися. Розрахунок оформити у вигляді таблиці. 1.1.

ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ

Паливо нафтового походження складається з наступних хімічних елементів (вміст приведений в долях від одиниці):

- вуглець (С) – 0,84 – 0,87;

- водень (Н) – 0,10 – 0, 13;

- горюча сірка (S) – 0 – 0,04;

- кисень (О) – 0,003 – 0,005;

- азот N – 0,001 – 0,004.

Окрім них в паливі є волога W і зола А, які не беруть участь в горінні і утворюють так званий баласт.

Хімічний склад палива, що надходить в топку котла, характеризується робочою масою:

Окрім робочої розрізняють суху і горючу маси. Суха маса представляє собою зневоднену робочу:

Горюча маса (без вологи і золи) рівна

У сертифікаті палива, складеному за даними лабораторного аналізу,

вказується склад горючої маси, вміст золи в сухій масі і значення вологості робочої маси. Перерахунок вмісту компонентів з однієї маси на іншу проводиться за допомогою коефіцієнта перерахунку k, рівного 1 – W^p – A^p

або 1 – W^p, наприклад:

Найважливішою характеристикою палива, використовуваною в теплових розрахунках, є його нижча робоча теплота згорання Q_н^р, кДж/кг, яка визначається без врахування тепла конденсації водяної пари, що утворюється в процесі горіння. Величину можна визначити по формулі, запропонованій Д. І. Мендєлєєвим:

(1.1)

ВИЗНАЧЕННЯ ОБ'ЄМІВ ПОВІТРЯ І ПРОДУКТІВ ЗГОРАННЯ

Вважаючи згорання повним, розглянемо реакції окислення основних хімічних компонентів палива:

Як випливає з них, для повного згорання усього вуглецю, що міститься в 1 кг палива, буде потрібно (1/12) С^р кмоль або (22,4/12) С^р = 1,866С^р м³

кисню і при цьому утворюється (22,29/12) С^р = 1.857С^р м³ вуглекислого газу СО₂.

Аналогічно, для повного згорання усієї сірки в 1 кг палива потрібно

(22,4/32) S^p = 0,7 S^p м³ кисню, при цьому утворюється об'єм сірчистого газу

SО₂, рівний (21,89/32) або 0,683 S^p м³. Для повного згорання усього водню палива треба витратити (22,4/4)Н^Р = 5,6Н^Р м³ кисню, при цьому утворюється

11,2Н^Р м³ водяної пари.

Таким чином, теоретично необхідний об'єм повітря для повного згорання 1 кг палива з урахуванням того, що кисню в атмосферному повітрі міститься 21 % за об'ємом, а його щільність за нормальних умов (НУ) ρ_о

складає 1,44 кг/м³, рівний, м³/кг:

(1.2)

Дійсний об'єм повітря, що надходить в топку, м³/кг:

(1.3)

де α – коефіцієнт надлишку повітря, рівний для допоміжних котлів, що працюють на номінальному режимі, 1,05 – 1,3.

Повний об'єм газоподібних продуктів згорання, що виходять з котла

м³/кг:

(1.4)

де V_N2 – об’єм азоту;

V_H2O – об'єм водяної пари; V_{RО2 –} об'єм трьохатомних газів; V_O2 –

Об'єм азоту V_N2 м³/кг, складається із азоту, що надходить з повітрям, в

якому його за об'ємом міститься 79 %, і азоту палива. Сумарний об'єм азоту рівний:

(1.5)

Об'єм кисню V_O2., м³/кг, невикористаного на окислення при горінні з

α > 1, складає:

(1.6)

Об'єм трьохатомних газів V_R2O, м³/кг, відповідно до рівнянь окислення компонентів палива визначиться як:

(1.7)

де К^р = С^р+0,386S^p – приведений вуглець палива.

Об'єм водяної пари V_H2O м³/кг, складається з пари, внесеної з паливом,

вологим повітрям і поданого через форсунку.

Об'єм водяної пари, внесений з паливом:

об'єм пари, що надходить з вологим повітрям:

де 1,293 – щільність повітря за нормальних умов (НУ), кг/м³; d – вологомісткість повітря, 8 – 10 г/кг;

0,804 – щільність водяної пари при НУ, кг/м³.

Об'єм вологи, що вноситься з розпиленою парою:

де G^p – витрата пари на розпилювання палива, кг/кг.

З урахуванням розглянутого, повний об'єм водяної пари в продуктах згорання 1 кг палива, м³/кг:

(1.8)

Дійсний об'єм вологого повітря, м³/кг, що надходить в топку котла, для забезпечення повного згорання палива, рівний:

(1.9)