بویلر [ Boiler ]

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
شيمي احتراق ديگ بخار-قسمت اول

شيمي احتراق ديگ بخار-قسمت اول

مقدمه
طراحي ديگ بخار مستلزم داشتن اطلاعات جامعي از سوخت و مواد حاصل از احتراق آن است. در اين فصل محاسبات احتراق كه در آن مقادير هواي لازم، گازهاي حاصل و تجزيه و غلظت اين گازها بررسي مي شود و نيز ارزش گرمايي سوختها مورد بحث قرار مي گيرد.
چون در محاسبات احتراق به تعيين غلظت گازها اشاره مي شود، ابتدا به تشريح آن مي پردازيم:
چگالي گازها

جرم مولي يك جسم عبارت از مجموع حاصلضرب جرم اتمي در تعداد اتمهاي هر يك از عناصر شيميايي فرمول آن جسم است. بنابراين در مونواكسيد كربن(co) كه يك اتم كربن و يك اتم اكسيژن وجود دارد، با توجه به اين كه جرمهاي اتمي آن به ترتيب 12 و 16 است، جرم مولي برابر با 28=16 × 1 + 12× 1 مي باشد.
در دي اكسيد كربن (Co[SUB]2[/SUB]) كه يك اتم كربن و 2 اتم اكسيژن دارد، جرم مولي برابر با 44 = 32 +12 = 16×2+12×1 مي باشد. اين محاسبه را مي توان براي ساير مواد به كار برد. جرم مولي را مي توان در هر يك از واحدهاي جرم بيان كرد.
حجم مولي يك گاز حجمي است كه توسط جرم مولي آن در شرايط معين دما و فشار اشغال شده است. در واحدهاي SI ، جرم مولي تمام گازها حجمي معادل 22.4m[SUP]2[/SUP][SUB]2[/SUB]) ، در (273 k) 0ºv و فشار مطلق 1.013bar ، غلظت (co[SUB]2[/SUB]) ، يعني جرم بر حجم برابر است با: در دماي 0 º c و 1.01 bar abs است. براي مثال در مورد (co
44/22.4=1.9643 kg m[SUP]-3[/SUP]
دما و فشار 0 ºc و 1.01 bar را به نام استانداردهاي دما و فشار مي نامند.
اصطلاح ديگري نيز به نام دما و فشار نرمال به كار مي رود كه شرايط عادي اتمسفر را نشان مي دهد گرچه تعاريف قابل قبول جهاني براي اين دو واحد وجود ندارد. بنابراين در واحد چگالي گازها، براي جلوگيري از ابهام، به شرايط دما و فشار بايد اشاره كرد.
در مواردي كه فشار و دماي گاز از 1.013 bar و 0ºc تجاوز مي كند، چگالي گاز در شرايط جديد با استفاده از قانون گازها به اين صورت محاسبه مي شود:
PV=WRT
كه در آن :
فشار مطلق P
حجم V
جرم گازي كه حجم v را اشغال كرده W
دما بر حسب k T
عدد ثابت جهاني براي گاز R
(همه بر حسب واحد يكسان)
W/V=P/RT = چگالي
P[SUB]1[/SUB]/(RT[SUB]1[/SUB]) = چگالي
P[SUB]2[/SUB]/(RT[SUB]2[/SUB])= 2چگالي
بنابراين نتيجه مي شود:
([SUB]2[/SUB]چگالي T[SUB]2[/SUB] / P[SUB]2[/SUB] = ([SUB]1[/SUB] چگالي T[SUB]1[/SUB] / R=P[SUB]1[/SUB]
كه نتيجه مي شود
3-3 T[SUB]1[/SUB]/T[SUB]2[/SUB]×(P[SUB]2[/SUB]/P[SUB]1[/SUB]) × [SUB]1[/SUB] چگالي = [SUB]2[/SUB] چگالي
به طور مثال در مورد گاز (co[SUB]2[/SUB])، غلظت در tºc و p بار برابر است با:
×(273/(273+t×(p/1.013)kg m[SUP]-3[/SUP]
1.9643
چگالي مخلوط گازها

چگالي مخلوط گازها را مي توان به سادگي ابتدا با تعيين جرم مولي مخلوط و سپس به كمك اصولي كه گفته شد، محاسبه نمود.
به طور مثال چگالي گاز طبيعي طبق آناليز داده شده در جدول 3-1 محاسبه مي شود.
جرم مولي مخلوط، با ضرب كردن نسبت حجمي هر يك از اجزا در جرم مولي و جمع نتايج به دست مي آيد.
جدول 3-1 تعيين آناليز جرمي گاز طبيعي به كمك آناليز حجمي آن
نسبت جرمي
درصد جرمي

نسبت جرمي
D=B×C
جرم مولكولي
C
نسبت حجم

درصد حجم
A
فرمولتركيب
0.8922
0.0513
0.0104
0.007
0.0042
0.0040


0.0078
0.0231
89.224
5.134
1.036
0.685
0.425
0.401


0.779
2.313
15.120
0.870
0.176
0.116
0.072
0.068


0.132
0.392
16
30
44
58
72
34


44
28
0.945
0.029
0.004
0.002
0.001
0.002


0.003
0.014
94.5
2.9
0.4
0.2
0.1
0.2


0.3
1.4
CH[SUB]4[/SUB]
C[SUB]2[/SUB]H[SUB]6[/SUB]
C[SUB]3[/SUB]H[SUB]8[/SUB]
C[SUB]4[/SUB]H[SUB]10[/SUB]
C[SUB]5[/SUB]H[SUB]12[/SUB]
H[SUB]2[/SUB]S

CO[SUB]2[/SUB]
N[SUB]2[/SUB]
متان
اتان
پروپان
بوتان
پنتان
سولفور
هيدروژن
كربن
اكسيدازت
1.000100.016.9461.000100.0كل
جرم مولي مخلوط = 16.946
در جدول 1-3 خلاصه اين محاسبات درج شده است . حاصلضرب ستون b در ستون c مساوي با ستون D است. جمع ارقام ستون Dبرابر با حجم مولي مخلوط گازها يعني 16.946 مي باشد. چگالي مخلوط گاز طبيعي در 0ºC و فشار 1.013 BAR برابر با16.946/22.4=0.7565 kg[SUP]-3[/SUP] [SUB]­[/SUB] مي باشد.
راه ديگر محاسبه به اين صورت است كه چنانچه مقادير غلظت هر يك از اجزا گاز معلوم باشد، نسبت حجمي (ستون B) هر يك از اجزا را در غلظت آن جزء ضرب كرده و نتايج را جمع مي نماييم تا غلظت گاز مخلوط به دست آيد. بايد دقت كرد كه مقادير چگالي همه در يك شرايط مساوي فشار و دما باشند. تبديل نتيجه به شرايط مطلوب، طبق معادله 3-3 محاسبه مي شود.
منبع
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
شيمي احتراق در ديگ بخار- قسمت دوم

شيمي احتراق در ديگ بخار- قسمت دوم

تركيب شيميايي سوخت ها

اجزاء قابل احتراق موجود در كليه سوختهاي فسيلي زغال، نفت و گاز طبيعي عبارت از كربن، هيدروژن و در بعضي موارد گوگرد است. اين اجزاء به صورت عنصري نيستند بلكه بين خود و گاهي نيز با ساير اجسام تركيب شده اند . مواد خنثي نظير سيليس و اكسيدهاي فلزي نيز ممكن است وجود داشته باشند.
آناليز سوختهاي جامد و مايع را بر حسب جرم و آناليز سوختهاي گازي را بر حسب حجم آنها مشخص مي سازند. آناليز سوختهاي جامد به صورت تقريبي، يا نهايي نيز مي تواند بيان شود. در آنليز تقريبي مقدار رطوبت، خاكستر، مواد فرار و كربن ثابت سوخت برحسب درصد وزني و نيز ارزش گرمايي آن تعيين مي گردد.
آناليز تقريبي اطلاعات محدودي از خصوصيات احتراق ر ا به دست مي دهد، ولي آناليز نهايي سوختهاي جامد و مايع عناصر تشكيل دهنده سوخت را كه قابل احتراق هستند، همراه با خاكستر و رطوبت آن، مشخص مي سازد . با آناليز جداگانه اي، اجزا تشكيل دهنده خاكستر هم مي تواند مشخص گردد . تجزيه گازها معمولا فقط گازهاي تشكيل دهنده آن را به صورت حجمي نشان مي دهد.
خشك وبدون خاكسترخشكبه حالت معموليتركيب
62.5
37.5
-
-
57.03
34.22
8.75
-
50.19
30.11
7.7
12.0
كربن خالص
مواد فرار
خاكستر
رطوبت
100.0100.0100.0كل
336243068227000انرژي گرمايي kj kg[SUP]-1[/SUP]
از آناليز نهايي براي تعيين هواي لازم احتراق و محصولات حاصل از احتراق استفاده مي شود. آناليز سوختهاي جامد طبق استاندارد BS1016 انجام مي شود. آناليز سوختهاي مايع نيز بر حسب استاندارد IP جهت مواد نفتي و فراورده هاي آن به كار مي رود. آنليز سوختهاي گازي در محل و توسط عرضه كنندگان آن تعيين مي گردد.
آناليز سوختهاي جامد، به خصوص زغال، به صورت هاي مختلف نظير وضعيت دريافتي، وضعيت احتراق، خنك، خشك و بدون خاكستر يا خشك و بدون مواد معدني، بيان مي شود. آناليز هاي شكل دريافتي و شكل احتراق، به صورت هاي تقريبي و نهايي فقط در رطوبت موجود آنها تفاوت دارند كه با وضعيت ذخيره سازي، آب و هوا، و چگونگي جابجايي سوخت، متغير است.
جدول 3-3
نفت سنگينزغال
85.4%
11.4%
2.8%
0.1%
0.1%
0.1%
0.1%
66.0%
4.1%
1.7%
7.2%
1.3%
12.0%
7.7%
كربن
هيدروژن
گوگرد
اكسيژن
ازت
رطوبت
خاكستر
4290027000انرژي گرمايي ناخالص
kj kg[SUP]-1[/SUP]
آناليز خشك درصد اجزاء سوخت را بدون رطوبت آن و آناليز خشك و بدون خاكستر، اين آناليز را بدون رطوبت يا خاكستر نشان مي دهد. اجزاء خشك سوخت را مي توان با ضرب كردن وضعيت دريافتي يا وضعيت سوخت در حاصل كسر (درصد رطوبت – 100) / 100 به دست آورد.
اجزاء خشك و بدون خاكستر را مي توان با ضرب كردن اجزاء وضعيت دريافتي يا وضعيت احتراق د ر ((رطوبت + درصد خاكستر) – 100)/ 100 محاسبه كرد.
مقادير خاكستر و مواد معدني دقيقا يكسان نيستند زيرا بخشي از مواد معدني هنگام حرارت دادن جهت تعيين خاكستر، تجزيه شده از بين مي روند. بنابراين مقدار خاكستر كمي از مقدار مواد معدني كمتر است. گاهي اوقات آناليز خشك و بدون مواد معدني را "Parr s basis" مي نامند.

منبع
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
شيمي احتراق در ديگ بخار - قسمت سوم

شيمي احتراق در ديگ بخار - قسمت سوم

محاسبات احتراق

محاسبات احتراق بر اساس معادله هاي ساده واكنش شيميايي اجزاء قابل احتراق سوخت با اكسيژن قرار گرفته است.
سوخت هاي گاز

سوخت هاي گازي شامل گازهاي مايع مواد نفتي سنگين مركب از مخلوط پروپان و بوتان تا گازهاي سبك كوره بلند (ذوب آهن) كه محتوي فقط %22 مونواكسيد كربن با 2.4% هيدروژن رقيق شده با مواد خنثي، دي اكسيد كربن و ازت است، مي باشد.از زمانهاي قديم گاز طبيعي، معمولي ترين سوخت كوره ها بوده است. اين گاز بيشتر شامل متان است كه تجزيه آن در جداول مطالب قبلي نشان داده شده است. گاز درياي شمال بدون گوگرد است، ولي به خاطر تكميل محاسبات، مقدار ناچيزي هيدروژن سولفره براي آن در نظر گرفته شده است، زيرا به طور كلي گو.گرد از اجزاء تشكيل دهنده ساير سوختهاي گازي مي باشد.واكنشهاي شيميايي مواد گازي براساس حجمي مطابق فرمولهاي زير است:

  • · مقدار حجمي متان 94.5%
CH[SUB]4[/SUB]+ 2O[SUB]2[/SUB] ® CO[SUB]2[/SUB]+2H[SUB]2[/SUB]O
ضرب طرفين واكنش در 0.945 كه نسبت حجمي است
3-4 (حجم H[SUB]2[/SUB]O) 1.89 + (حجم CO[SUB]2[/SUB]) 0.945 ® (حجم اكسيژن) 1.89 + (حجم CH[SUB]4[/SUB] ) 0.945

  • · مقدار حجمي اتان 2.9%
C[SUB]2[/SUB]H[SUB]6[/SUB]+3.5O[SUB]2[/SUB]®2CO[SUB]2[/SUB]+3H[SUB]2[/SUB]O
ضرب طرفين معادله در 0.029
3-50.029 C[SUB]2[/SUB]H[SUB]6[/SUB]+0.1015O[SUB]2[/SUB]®0.058CO[SUB]2[/SUB] +0.087 H[SUB]2[/SUB]O
* مقدار پروپان 0.4%
C[SUB]3[/SUB]H[SUB]8[/SUB]+5O[SUB]2[/SUB]®3CO[SUB]2[/SUB]+4H[SUB]2[/SUB]O
ضرب طرفين معادله د ر0.004
3-60.004 C[SUB]3[/SUB]H[SUB]8[/SUB]+0.02O[SUB]2[/SUB]®0.012CO[SUB]2[/SUB] +0.016 H[SUB]2[/SUB]O

  • · مقدار بوتان 02%
C[SUB]4[/SUB]H[SUB]10[/SUB]+6.5O[SUB]2[/SUB]®4CO[SUB]2[/SUB]+5H[SUB]2[/SUB]O
ضرب طرفين معادله د ر0.002
3-70.002 C[SUB]4[/SUB]H[SUB]10[/SUB]+0.013O[SUB]2[/SUB]®0.008CO[SUB]2[/SUB] +0.01 H[SUB]2[/SUB]O
پنتان 0.1%
C[SUB]5[/SUB]H[SUB]12[/SUB]+8O[SUB]2[/SUB]®5CO[SUB]2[/SUB]+6H[SUB]2[/SUB]O
ضرب طرفين معادله د ر0.001
3-80.001 C[SUB]5[/SUB]H[SUB]12[/SUB]+0.008O[SUB]2[/SUB] ® 0.005CO[SUB]2[/SUB] + 0.006 H[SUB]2[/SUB]O

  • · هيدروژن سولفره 0.02%
H[SUB]2[/SUB]S+ 1.5O[SUB]2[/SUB] ® SO[SUB]2[/SUB]+H[SUB]2[/SUB]O
ضرب طرفين معادله د ر0.002
3-90.002 H[SUB]2[/SUB]S+0.003O[SUB]2[/SUB]®0.002SO[SUB]2[/SUB] +0.002 H[SUB]2[/SUB]O
بايد توجه داشت كه حجمهاي دو طرف معادله از نظر مجموع، يكسان نيستند، اين موضوع در معادله هاي بالا مشهود است.
مرحله بعدي خلاصه كردن معادله هاي فوق براي به دست آوردن مقدار اكسيژن لازم (به مقدار تئوري) Stoichhiometric است. جهت نيتروژن موجود در هواي سوخت و هواي اضافي لازم جهت تكميل احتراق (10% در اين مورد)، مقاديري منظور شده و سپس محصولات احتراق براساس مرطوب و خشك محاسبه شده است.در عمل هواي احتراق شامل مقدار كمي رطوبت است، كه در صورت معلوم بودن مقدار آن (Humidity)، مي توان آن را محاسبه و همراه با هواي اضافي به محصولات احتراق اضافه نمود
منبع
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
شيمي احتراق در ديگ بخار - قسمت چهارم

شيمي احتراق در ديگ بخار - قسمت چهارم

محصولات احتراق
اكثر ابزارهاي دقيق كه براي تجزيه گازهاي خروجي از كوره به كار مي روند، از گازهايي كه رطوبت ناشي از احتراق و رطوبت همراه سوخت آنها خارج شده است، استفاده مي كنند. عمل تجزيه با تقطير و گاهي نيز با خشك كردن گازها انجام مي گيرد كه در اين صورت حجم كلي گازهاي خشك كمتر از حجم كلي گازهاي مرطوب است و بنابراين درصد اجزاء دهنده آن نيز متفاوت است كه در گزارش نتيجه ازمايش بايد به ان اشاره كرد.
جدول 3-4 خلاصه معادله ها و تجزيه محصولات احتراق
حجم محصولات حاصل از احتراق با اكسيژنحجم اكسيژن لازم تئوري از معادله هاي 3-4 تا 3-9نسبت حجمي گازدرصد حجمي گازنوع گازشماره معادله
N[SUB]2[/SUB]SO[SUB]2[/SUB]H[SUB]2[/SUB]OCO[SUB]2[/SUB]
-
-

-
-
-
-
0.014
-
-

-
-
0.002
-
-
1.890
0.087
0.016
0.010
0.006
0.002
-
-
0.945
0.058
0.012
0.008
0.005
-
0.003
-
1.890
0.102
0.020
0.013
0.008
0.003
-
-
0.945
0.029
0.004
0.002
0.001
0.002
0.003
0.014
94.5
2.9
0.4
0.2
0.1
0.2
0.3
1.4
CH[SUB]4[/SUB]
C[SUB]2[/SUB]H[SUB]6[/SUB]
C[SUB]3[/SUB]H[SUB]8[/SUB]
C[SUB]4[/SUB]H[SUB]10[/SUB]
C[SUB]5[/SUB]H[SUB]12[/SUB]
H[SUB]2[/SUB]S
CO[SUB]2[/SUB]
N[SUB]2[/SUB]
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
در سوخت
در سوخت
0.0140.0022.0111.0312.0361.000100.0مجموع
هوا شامل 21% حجمي ازت (نيتروژن) است. هواي لازم بمقدار تئوري براي تامين 2.0355 حجم اكسيژن به اين صورت عمل مي شود.
حجم هوا 9.693 = ازت 2.0355 O[SUB]2[/SUB] + 7.657
هواي لازم با احتساب 10% هواي اضافي
حجم هوا 2.239O[SUB]2[/SUB] + 8.423 N[SUB]2[/SUB] = 10.662
مجموع محصولات احتراق (مرطوب ) با 10% هواي اضافي شامل ازت موجود در سوخت به اين صورت محاسبه مي شود:
حجم سوخت / حجم (2.239-2.0355)O[SUB]2[/SUB] +(8.423 +0.014)N[SUB]2[/SUB] +1.031 CO[SUB]2[/SUB] +2.011 H[SUB]2[/SUB]O +0.002SO[SUB]2[/SUB]= 11.685
مجموع محصولات احتراق (خشك) با 10% هواي اضفي شامل ازت موجود در سوخت:
حجم سوخت/ حجم (2.239-2.0355) O[SUB]2[/SUB]+(8.423+0.014)N[SUB]2[/SUB]+1.031CO[SUB]2[/SUB]+0.002SO[SUB]2[/SUB]= 9.674
ارقام فوق در جدول 3-5 خلاصه شده است.
بعضي تجزيه گرهاي اكسيژن گازهاي كوره ، نمونه برداري نمي كنند بلكه با قرار گرفتن لوله اي از جنس Zirconia در كانال عبور گازهاي مرطوب كوره، مقدار اكسيژن را اندازه گيري مي كنند. اين سنجش بر مبناي گازهاي مرطوب مي باشد. حجم كلي گازهاي خروجي از كوره را براساس طراحي آن، مي توان با محاسبه چگالي گازهاي خروجي از كوره را بر اساس طراحي آن، مي توان با محاسبه چگالي گازه مطابق آنچه در بخش مربوطه و جدول 3-6 ذكر شد تعيين كرد.
جدول 3-5 محصولات احتراق گاز طبيعي بر اساس مرطوب و خشك
درصد حجم خشكحجم خشكدرصد حجم ترحجم ترمحصولات احتراق
1.0657
-
0.021
87.213
2.109
1.031
-
0.002
8.437
0.204
8.823
17.21
0.017
72.20
1.75
1.031
2.011
0.002
8.437
0.204
Co[SUB]2[/SUB]
H[SUB]2[/SUB]o
So[SUB]2[/SUB]
N[SUB]2[/SUB]
O[SUB]2[/SUB]
100.009.674100.0011.685مجموع
جدول 3-6 محاسبه چگالي گازهاي خروجي از كوره
درصد حجم خشكc
(از جدول 3-5)
درصد حجم ترB
(از جدول 3-5)
جرم موليAگاز
4.689
--
0.013
24.420
0.675
10.657
-
0.021
87.213
2.109
3.88
3.10
0.01
20.22
0.56
8.823
17.210
0.017
72.200
1.750
44
18
64
28
32
Co[SUB]2[/SUB]
H[SUB]2[/SUB]o
So[SUB]2[/SUB]
N[SUB]2[/SUB]
O[SUB]2[/SUB]
29.797100.0027.77100.00مجموع
27.77/22.4=1.24 kg m[SUP]-3[/SUP] = غلظت گازهاي خروجي كوره (مرطوب)
29.797/22.4=1.33kg m[SUP]-3[/SUP] = غلظت گازهاي خروجي كوره (خشك)
منبع
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
شيمي احتراق در ديگ بخار - قسمت پنجم

شيمي احتراق در ديگ بخار - قسمت پنجم

سوخت هاي جامد و مايع

تجزيه سوختهاي جامد و مايع بر مبناي جرمهاي عناصر شيميايي قابل احتراق موجود در سوخت انجام مي گيرد، برخلاف تجزيه گازها كه اين كار براساس نسبتهاي حجمي گازهاي تشكيل دهنده ، نظير متان CH[SUB]4[/SUB] صورت مي گرفت.
سوختهاي جامد نيز داراي مواد معدني و رطوبت هستند، كه مواد جامد تبديل به خاكستر مي گردد و رطوبت نيز تبخير شده و باعث رقيق كردن محصولات احتراق مي شود. سوختهاي مايع ته مانده برج تقطير، نظير سوخت سنگين كوره داراي مواد معدني و رطوبت است كه مقدار آن بسيار كمتار از مقادير موجود در سوختهاي جامد است و در كل به حدود 0.2% بالغ مي گردد، در حاليكه در مورد زغالهاي با درجه زير 50mm اين مقدار به 20% مي رسد. (جدول 3-3)
محاسبه هواي لازم جهت احتراق و تجزيه محصولات احتراق سوختهاي جامد و مايع تقريبا نظير سوختهاي گاز است. براي مثال در مورد زغال، مواد قابل احتراق آن كربن، هيدروژن و گوگرد مي باشد. همان طور كه در جدول ديده مي شود مقدار قابل ملاحظه اي اكسيژن در تجزيه وجود دارد كه از قبل با بعضي از اجزاء تشكيل دهنده سوخت تركيب شده و بنابراين مقدار آن از كل اكسيژن لازم (به مقدار تئوري ) كسر مي گردد.
حال با در نظر گرفتن 40% هواي اضافي براي احتراق زغال در ديگ هاي بخار متوسط (كه مقدارش در ديگهاي بزرگ، كمتر است) معادله هاي احتراق بررسي مي شود. قابل ذكر است كه در احتراق نفت كوره در ديگ هاي متوسط مقدار هواي اضافي 17% است كه اين مقدار در ديگ هاي لوله – آبي بزرگ، كمتر مي باشد.
چون آنليز سوخت بر مبناي جرمي است، محاسبات احتراق نيز بر اساس جرم انجام مي گيرد.
معادله احتراق كربن به اين صورت است:
C+o[SUB]2[/SUB] = co[SUB]2[/SUB]
جرم مولي كربن 12 و جرم مولي اكسيژن 32 مي باشد. بنابراين موازنه مولي به اين صورت است:
44 واحد جرمي دي اكسيد كربن = 32 واحد جرمي اكسيژن + 12 واحد جرمي كربن
طبق جداول قبلي مقدار كربن در تجزيه سوخت برابر با 66% است، يعني 0.66 كيلوگرم كربن در يك كيلوگرم سوخت. بنابراين، براي اين سوخت، جرمهاي مولي در (0.66/12) ضرب مي شود كه معلوم مي شود 0.66 كيلوگرم كربن نياز به 1.76 كيلوگرم اكسيژن دارد تا 2.42 كيلوگرم دي اكسيد كربن بدهد. معادله به اين صورت است:
0.66 C + 1.76 O[SUB]2[/SUB] = 2.42 CO[SUB]2[/SUB] [10-3]
جهت ساير اجزاء تشكيل دهنده سوخت نيز به همين ترتيب عمل مي شود.
· مقدار هيدروژن 4.1% يعني 0.041 كيلوگرم سوخت است.
2H[SUB]2[/SUB]+O[SUB]2[/SUB]=2H[SUB]2[/SUB]O
4+32=36
با ضرب دو طرف معادله در (0.041/4)
0.041H[SUB]2[/SUB] + 0.328 O[SUB]2[/SUB] = 0.369 H[SUB]2[/SUB]O [11-3]
* مقدار گوگرد 1.7% يعني 0.017 كيلوگرم در هر كيلوگرم سوخت است.
S+O[SUB]2[/SUB]=SO[SUB]2[/SUB]
32+32=64
با ضرب دو طرف معادله در (0.017/32)
0.017S + 0.017 O[SUB]2[/SUB] =0.034 SO[SUB]2[/SUB] [12-3]
نتايج فوق در جدول 3-7 خلاصه شده كه در آن مقدار اكسيژن موجود در سوخت، هنگام تعيين مقدار تئوري اكسيژن لازم، در نظر گرفته شده است . با اضافه كردن 40% هواي اضافي، آناليز گازهاي خروجي از كوره براساس موازنه جرمي معين شده است.
در اين وضعيت، براساس محاسباتي كه براساس جرم انجام شده مي توان نتايج را آزمايش و بررسي كرد. به طور مثال :
جرم گازهاي خروجي از كوره = جرم سوخت بدون خاكستر + جرم هواي داده شده
كيلوگرم گازهاي خروجي از كوره 13.297 = كيلوگرم سوخت بدون خاكستر 0.923 + كيلوگرم سوخت/ كيلوگرم هوا 12.374
اين محاسبه برقراري جريان كافي گازهاي حاصل از احتراق را در كوره جهت محاسبات انتقال حرارت فراهم مي سازد. محاسبات سوختهاي گاز را نيز مي توان براساس جرمي محاسبه كرد مشروط بر آن كه ابتدا مطابق ستون F جدول 3-1 آناليز آن به جرم تبديل شود.

جدول 3-7 آناليز محصولات احتراق جرمي زغال

محصولات احتراق با اكسيژن سوخت kg/
گاز kg
درجه اكسيژن تئوري سوخت Kg/kgدرصد جرمي اجزا سوختتركيبات سوخت
N[SUB]2[/SUB]So[SUB]2[/SUB]H[SUB]2[/SUB]oCo[SUB]2[/SUB]
-
-
-
-
0.013
-
-
-
-
0.034
-
-
-
-
-
0.369
-
-
-
0.120
-
2.42
-
-
-
-
-
-
1.760
0.328
0.017
-0.072
66.0
4.1
1.7
7.2
1.3
12.0
7.7
C
H
S
O[SUB]2[/SUB]
N[SUB]2[/SUB]
H[SUB]2[/SUB]o
خاكستر
0.0130.0340.4892.422.033مجموع
هوا شامل 23% وزني اكسيژن و 77% وزني ازت است . هواي تئوري لازم براي تهيه 2.033 كيلوگرم اكسيژن به اين صورت است:
كيلوگرم هوا 2.033 o[SUB]2[/SUB] + 6.806N[SUB]2[/SUB] = 8.839
هواي لازم با احتساب 40% هواي اضافي،
2.846O[SUB]2[/SUB] + 9.528 N[SUB]2[/SUB] = 12.374
كل محصولات احتراق (مرطوب) با 40% هواي اضافي و ازت موجود در سوخت از اين قرار است:
(2.846-2.033) o[SUB]2[/SUB]+(9.528 +0.013)N[SUB]2[/SUB] + 2.42 CO[SUB]2[/SUB] +0.489 H[SUB]2[/SUB]O+0.034SO[SUB]2[/SUB] = 13.297 كيلوگرم سوخت/ كيلوگرم گاز
كل محصولات احتراق (خشك) با 40% هواي اضافي و ازت موجود در سوخت از اين قرار است:
(2.846-2.033)O[SUB]2[/SUB] +(9.528 +0.013)N[SUB]2[/SUB]+2.42CO[SUB]2[/SUB]+0.034 SO[SUB]2[/SUB] = 12.808
كيلوگرم سوخت / كيلوگرم گاز
اين ارقام در جدول 3-8 خلاصه شده است.
محصولات احتراق سوختهاي جامد و مايع
براي تبديل جرمي اين سوختها به حجمي، بايد عكس عمليات بخش 3-2 را انجام داد، به اين صورت كه نسبت جرمي هر يك از اجزا را بر جرم مولكولي خوشد تقسيم نمود تا نسبت حجمي بدست ايد . از اين نسبت حجمي مي توان درصد حجمي (مرطوب يا خشك) را مشخص كرد. نتايج حاصل در جدول 3-8 خلاصه شده است.
هنگام بهره برداري از بویلر های بخار لازم است نسبت بين اكسيژن و دي اكسيد كربن موجود در محصولات احتراق و نيز هواي اضافي مصرف شده جهت احتراق معلوم گردد. براي اين منظور مي توان از شكل 3-1 يا نمودارهايي كه از يك سري محاسبات با مقادير مختلف هواي اضافي براي سوخت تهيه شده، استفاده كرد. همچنين مي توان از فرمول زير استفاده نمود:
VCO[SUB]2[/SUB]= (1-(VO[SUB]2[/SUB]/21))VCO[SUB]2[/SUB]
كه در آن :
درصد حجمي دي اكسيد كربن در گازهاي كوره V CO[SUB]2[/SUB]
درصد حجمي اكسيژن در گازهاي كوره VO[SUB]2[/SUB]
درصد تئوري حجمي دي اكسيد كربن براي سوخت معين V CO[SUB]2[/SUB]
قابل ذكر است كه چگالي محصولات احتراق گاز طبيعي 1.24 KG M[SUP]-3[/SUP] و چگالي محصولات احتراق زغال 1.323 kg m[SUP]-3[/SUP] مي باشد و در مورد سوخت سنگين كوره رقمي بين اين دو مناسب است. چگالي هوا 1.29 kg m[SUP]-3[/SUP] است كه در ارزيابي هاي تقريبي مي توان چگالي محصولات احتراق سوختهاي تجاري را بدون اختلاف فاحشي، با چگالي هوا برابر گرفت.
درصد حجمينسبت حجمي
D=B/A
جرم تر سوخت kg/kgBدرصد حجم خشكنسبت حجمي
C=B/A
جرم خشك سوخت kg/kgBجرم مولكولي Aمحصولات احتراق
12.26
6.02
0.11
75.95
5.66
0.0550
0.0270
0.0005
0.3407
0.0254
2.420
0.489
0.034
9.541
0.813
13.046
-
0.119
80.81
6.025
0.0550
-
0.0005
0.3407
0.0254
2.420
-
0.034
9.541
0.813
44
18
64
28
32
Co[SUB]2[/SUB]
H[SUB]2[/SUB]O
SO[SUB]2[/SUB]
N[SUB]2[/SUB]
O[SUB]2[/SUB]
100.00.448613.2971000.421612.808مجموع
منبع
 

P O U R I A

مدیر مهندسی شیمی مدیر تالار گفتگوی آزاد
شيمي احتراق در ديگ بخار- قسمت ششم

شيمي احتراق در ديگ بخار- قسمت ششم

ارزش گرمايي (انرژي ويژه)

ارزش گرمايي يك سوخت مقدار حرارت آزاد شده توسط احتراق واحد جرم آن سوخت تحت شرايط خاص دما و فشار مي باشد، كه براي تعيين آن مي توان مقدار معيني از سوخت را در كالريمتري كه تمام گرماي آزاد شده قابل اندازه گيري است، سوزاند.
تعريفهاي جامع تري نيز براي ارزش گرمايي وجود دارد. مقادير واقعي ارزش گرمايي توسط عرضه كننده سوخت تحت عنوان ارزش گرمايي اعلام شده يا ارايه نمونه اي از سوخت در محل مصرف جهت آناليز، معلوم مي گردد.
شيوه اخير در مورد زغال به علت تغييرات ميزان رطوبت آن بسيار دقيق است. در مورد گاز طبيعي لوله كشي شده، يا مخزن هاي بزرگ گاز مايع، مقادير اعلام شده آنها كفايت مي كند. در مورد نفت كوره ، بايد گفت كه ارتباط نزديكي بين ارزش گرمايي، چگالي و گوگرد موجود در اين سوخت برقرار است كه نتيجه آن بر آزمايشهاي كالريمتري ترجيح داده مي شود.
دو نوع ارزش گرمايي ناخالص و خالص وجود دارد كه تفاوت بين اين دو مهم است. ارزش گرمايي ناخالص مجموع انرژي آزاد شده است ولي در ارزش گرمايي خالص، مقدار گرماي نهان بخارات آب موجود در محصولات احتراق منظور نمي شود و نقشي در انتقال حرارت براي آن قايل نمي شوند ولي در بعضي ديگهاي بخار مدرن امروزي كه بخشي از بخارات تقطير مي شود، اين امر كاملا صادق نيست.
بنابراين براي جلوگيري از هر گونه ابهامي، در موقع گزارش ارزش گرمايي سوخت يا بازده ديگ، ذكر خالص يا ناخالص ضروري است. چون ارزش گرمايي خالص عدد كوچكتري است (در اروژا به آن ارزش گرمايي ژايين تر گفته مي شود) بازده ديگ – درصد تبديل حرارت داده شده به انرژي مفيد براي توليد مشخص – بيشتر از موردي است كه از ارزش گرمايي ناخالص (يا ارزش گرمايي بالاتر) استفاده شود. بعضي اوقات آگاهنه واژه هاي خالص و ناخالص براي فريب افراد ناوارد توسط شيادان حذف مي شوند!
گاهي ارزش گرمايي سوخت مصرفي مشخص نيست، در اين صورت چنانچه آناليز حجمي، در مورد گازها ، يا آنليز جرمي، در مورد سوختهاي جامد يا مايع، معين باشد مي توان ارزش گرمايي را تخمين زد.
در سوختهاي گازي با ضرب كردن درصد هر يك از اجزاء قابل احتراق سوخت در ارزش گرمايي آن جزء كه به اساني مي توان از كتابهاي كرجع به دست آورد، ارزش گرمايي سوخت معلوم مي گردد. اين ارزش گرمايي عبارت از مجموع حاصل ضربهاي فوق بخش بر 100 مي باشد. در عمل اين نتيجه به راحتي حاصل نمي شود و نياز به منظور كردن فاكتور تراكم پذيري دارد كه توصيه مي شود به منابع ويژه مراجعه شود.
در مورد سوختهاي فسيلي زغال و نفت كوره، وقتي مقدار اكسيژن موجود در سوخت كمتر از 10% باشد، با فرمول موسوم بهDulong محاسبه مي گردد.
Q[SUB]g[/SUB] = 337 C + 1442 (H-(O/8))+93S [14-3]
كه در اين فرمول:
ارزش گرمايي ناخالص (kJ kg[SUP]-1[/SUP]) Q[SUB]g[/SUB]
درصد كربن (As fired) C
درصد هيدروژن (As fired) H
درصد اكسيژن (As fired) O
درصد گوگرد (As fired) S
(درصد ها وزني هستند)
در مورد سوختهاي آلي و ضايعاتي كه بيش از 10% اكسيژن دارند فرمول موسوم به Vondracek به كار برده مي شود:
Q[SUB]g[/SUB] = C (373 –(26.1(C[SUB]1[/SUB]/100)))+1130(H-(O/10))+105S [5-3]
كه در آن C[SUB]1[/SUB] درصد كربن بر مبناي خشك و بدون خاكستر است. ساير علايم، از جمله C، مانند معادله [14-3] است.
هر دو فرمول فوق حدود 5% نتيجه بالاتر مي دهند. براي اينكه حدود تقريبي ارزش حرارتي سوختهاي معمولي را بدانيم، مقادير زير بر مبناي As fired تعيين شده اند.
زغال شسته شده زير اندازه 50 ميلي متر 27000kj kg[SUP]-1[/SUP]
چوب (با 20% رطوبت) 16000 kj kg[SUP]-1[/SUP]
نفت كوره سنگين 42900 kj kg[SUP]-1[/SUP]
گازوئيل 4545000 kj kg[SUP]-1[/SUP]
گاز طبيعي 38 MJ m[SUP]-3[/SUP]
اعداد فوق تقريبي هستند. اعداد دقيق تر مربوط به سوختهاي جامد مايع و گاز را در منابع اختصاصي مي توان ديد.
منبع
 
بالا