دانلود مقاله احتراق

اصول و قواعد کلی احتراق واکنش های احتراق احتراق به عنوان واکنش شیمیایی سریع اکسیژن در مقابل عناصر قابل اشتعالی از سوخت تعریف می شود سه عنصر شیمیایی قابل اشتعال در زغال و نفت وجود دارد که کربن هیدروژن و گوگرد می باشند.

معادلات شیمیایی اصلی برای یک احتراق کامل به شرح زیر می باشد: (4-1 الف) هنگامی که اکسیژن کافی موجود نباشد کربن بطور کامل نسوخته و به شکل مونوکسید کربن باقی می ماند.

به منظور سوختن کامل یک سوخت چهار شرط اساسی زیر باید باشند.

مقدار کافی اکسیژن برای سوخت باید فراهم شود.

اکسیژن و سوخت نباید کاملاً با هم ترکیب شوند.

ترکیب سوخت و اکسیژن هوا باید در حدود یا بالاتر از دمای افروزش نگه داشته شود.

حجم کوره باید به اندازه ای باشد که به ترکیب حاصل فرصت احتراق داده و شرایط آن را فراهم سازد.

مشعل کوره باید به اندازه ای باشد که به ترکیب حاصل فرصت احتراق داده و شرایط آن را فراهم سازد.

مشعل کوره اکسیژن هوا را فراهم کرده و بمنظور فرایند احتراق عمل ترکیب انجام می گیرد.

از آنجائیکه ترکیب کامل اکسیژن هوا و سوخت درواقع غیرممکن است به این منظور اکسیژن زیادی باید فراهم شود تا فرآیند احتراق کاملی رخ دهد.

فرآیند ترکیب و میزان اکسیژن اضافی فراهم شده مشخص کننده این است که آیا گازهای مفر حاوی هر دو حاصل از احتراق کامل و غیر کامل برابر خواهند بود.

محصولات حاصل از احتراق ناقص شامل سوخت مشتعل شنده(نسوخته) = مونوکسیدکربن و مقدارکمی از سوخت تر کیب شده با اکسیژن می باشد اکثر محصولات حاصل از احتراق ناقص آلاینده های جوی می باشند.

میزان گرمای سوخت( گرمای احتراق) میزان گرمای سوخت از لحاظ مقدار یا میزان گرمای استاندارد احتراق آن برابر می باشد البته با اثری معکوس همچنین خاطر نشان کردیم که میزان گرمای مازوت ممکن است بطوردقیف تری از گرمای احتراق اجزای تشکیل دهنده بدست آید البته این امر در صورتی امکانپذیر است که ترکیب شیمیایی مشخص می شود( به جدول (3.1)مراجعه کنید.

راههای برآورد میزان گرما از طریق علم مربوط به نوع مازوت یا گرانی( ثقل) ویژه آن مشخص شدند.

میزان گرمای گاز طبیعی تقریباً از طریق گرمای ترکیبات شیمیایی آن مشخص می شود.

در بخش 1,3 نشان دادیم که چگونه میزان گرمای تقریبی زغال ممکن است بر مبنای درجه آن بدست آید.

هنگامی که تحلیل نهایی مشخص می شود میزان گرما برای احتراق کامل ممکن است به طور دقیق از طریق معادله دولانگ- برتلوت] معادله (1.9) [ بدست می آید بویژه در مسائلی از جمله احتراق ناقص زغال مطلوب است که میزان گرمای زغال مستقیماً از گرمای احتراق اجزای تشکیل دهنده آن بدست می آید.

گرمای احتراق برای اجزای تشکیل دهنده اصلی زغال در جدول 1.4 نشن داده شده است.

اگرچه گرمای آزادشده در حین سوخت کربن و تبدل آن به منوکسیدکربن(CO ) در جدول 1.4 نشان داده شده اما براحتی و به واسطه تفاوت میان گرمای احتراق کربن و مونوکسیدکربن درج شده در جدول 1.4 قابل تشخیص می باشد.

در محاسبه و بررسی سوخت خوجود برای احتراق از طریق تجریه نهایی زغال بطورکلی فرضیه حاصل می شود که تمام کربن و گوگرد به شکل عنصری و بمنظور احتراق موجود می باشد.

با وجود این تمامی اکسیژن و نیتروژنی که ازتجزیه نهایی گزارش شده با هیدروژن ترکیب می شوند.

کل هیدروژن موجود برای احتراق کمتر از میزان مورد نیاز جهت ترکیب با اکسیژن و نیتروژن موجود درذغال گرازش شده که به ترتیب و می باشند با توجه به کلیه فرضیات و در صورتی که تمام کربن نسوخته و به مونوکسید کربن تبدیل شود از گرمای احتراق درج شد و در جدول 4-1 برای معرفی معادله ای جدید که به فرمول دولانگ – برتلود بسیار نزدیک می باشد می توان استفاده نمود.

برای 1 گرم(g) زغال حاودی کربن گرمای آزادشده و از طریق احتراق کربن در موقعیت استاندارد به شرح زیر می باشد.

به همین نحو برای گوگرد( هنگامی که گوگرد w/o می باشد) با وجود این چنانچه از هیدروژن و اکسیژن برخوردار باشیم هیدروژن موجود می باشد بدینوسیله: مقادیر و بواسطه وزن کربن، هیدروژن، اکسیژن و گوگرد درصدی می باشند.

نسبت هوا به سوخت از لحاظ نظری اکسیژن مربوط به منظور فرآینداحتراق بواسطه اکسیژن موجود در هوا برای مشعل فراهم می شود.

با توجه به طرح کوره دیگ بخار، فراهم نمودن اکسیژن کافی برای احتراق کامل به انضمام اکسیژن اضافی بمنظور فرایند ناقص ترکیب جریانی عادی می باشد.

برای هر سوخت مولهای هوای خشک که از لحاظ نظری برای احتراق کامل لازم می باشد از طریق مولهای اکسیژن مورد نیاز مشخص می شوند.

برای سوختی که حاوی کربن، هیدروژن و گوگرد باشد ممکن است معادله شیمیایی متعادلی به شرح زیر ارائه شود: از آنجائیکه هوا حاوی می باشد نسبت به مول های به مولهای می باشد بدینوسیله درصورتی که سوخت درهوا مصرف شده و بسوزد نسبت زیر بدست میآید.

مشخص است که برای هرمول از کربن و گوگرد موجود در سوخت، 76/4 مول هوا مورد نیاز می باشد وبرای هر کیلوگرم اتم از هیدروژن موجود درسوخت 38/2=2/76/4 مول از هوا مورد نیاز می باشد.

از آنجائیکه وزن مولکولی هوا می باشد، جرم هوای مورد نیاز برای هر گرم کربن، به شرح ذیل می باشد.

به همین نحو 3/4 گرم هوا در ازای هر گرم ا گوگرئد و 4/34 گر هوا در ازای هر گرم ا هیدروژن موجود مورد نیاز می باشد بدینوسیله: هنگامی که گرم هایی از هوای مورد نیاز برای حتراق کامل از 1 گرم سوخت را نشان می دهد رابطه فوق برقرار است( جرم هوا / جرم سوخت) هنگامی که گرم هایی از سوخت مورد نیاز برای احتراق کامل از 1 گرم سوخت را نشان می دهد رابطه فوق برقرار است( جرم هوا / جرم سوخت) گسترده نسبت های هوا به سوخت برای ذغال از لحاظ نظری از 5/8 تا 5/12 می باشد نسبت نظری هوا به سوخت برای مایع با سوخت های گازی با استفاده از معادله(4.4) یا شکل دیگری که تعدادی از اتم های هرکدام از عناصر اشتعالی را در یک مول مایع یا گاز مورد استفاده قرار می دهد قابل محاسبه می باشد.

به این معنی که....

اتم های S,H,C هوای مورد نیاز در ازای هر مول از سوخت مصرف شده ( سوخته) باید همیشه بر مبنای تحلیل هر کدام از فرآیند های احتراق مشخص شود هوای اضافی بیشتر از کمترین میزان نظری بمنظور دسترسی به احتراق کامل باید فراهم شود.

هوای اضافی بعنوان درصدی یا بواسطه کاربرد استعمال ضریب رقیق سازی بیان می شود.

درصد هوای اضافی فراهم شده در حین عملیات به شرح زیر می باشد.

و این در حالی است که d ضریب رقیق سازی به شرح ذیل می باشد.

درصد هوای اضافی برای سیستم های کوره دیگ بخار با بالاترین میزان سود و کارایی بین 15 و 30% اختلاف دارد.

مثال 1.4 یک سوخت مایع حاوی ترکیبات شیمیایی با 30% هوای اضافی می سوزد نسبت بکار رفته هوا به سوخت را مشخص کنید.

راه حل: مبنای راه حل : 1 کیلوگرم مول از سوخت با درنظر گرفتن و می باشد.

بنابراین با توجه به معادله(6.4)رابطه زیر بر قرار است.

=وزن نظری هوای مورد نیاز وزن سوخت مورد استفاده= نسبت سوخت/هوا= نسبت واقعی هوا به سوخت: شکل 4-1 نشان دهنده روندی محاسبه ای می باشد که بمنظور برقراری نسبت هوا به سوخت برای فرآیند احتراق مورد نظر توسط طرح و الگوساز مورد استفاده قرار می گیرد.

نسبت واقعی بدست آمده پس از ساخت مشعل باید از طریق اندازه گیری های تجربی اجزای سازنده گازی گاز دودکش برآورد شود.

بمنظور اجرای این اندازه گیری سه روش متفاوت وجود دارد.اما یکی از این روشها که به وفور مورد استفاده قرار می گیرد تجزیه گر ساده گاز ترابردی ارست می باشد.

تجزیه گر گاز ارست بمنظو ر معین نمودن و تشخیص اجزای حجمی و مولی مونوکسید کربن، دی اکسید کربن، و اکسیژن در گاز مفر خشک مورد استفاده قرار می گیرد.

در یک اندازه گیری ویژه و نمادین یک نمونه گاز دودکش 3 cm -100 از روی آب در موقعیت های فراگیر جمع آوری شده و از یک سری محلول های شیمیایی عبور داده می شود.

معمولاً اینگونه فرض می شود که نمونه از بخار و 2 So آزاد می باشد زیرا هر بخار آبی در حین فرآیند جمع آوری تقطیر شده و 2 So نیز در کاز دودکش با آب موجود در محفظه جمع آوری فعل و انفعال انجام خواهد داد.

از نمونه گاز دودکش برای دی اکسید کربن، مونوکسیدکربن، اکسیژن و نیتروژن تجزیه می شود.

معمولاً شناسگر( معرف) های به کار رفته محلول KOH بمنظور جابجایی 2 CO محلول پایروگلول برای جابجایی 2 O و مخلوط کلریدکاپروس (2 Cu Cl )برای جابجایی co می باشد آخرین گازی که جذب نشده باقی می ماند نیتروژن می باشد.

برای سوخت مایع تجزیه های نهایی و تجزیه ارست بمنظور ارزیابی نسبت واقعی هوا به سوخت کافی می باشند.

تجزیه زائدات باقیمانده به عنوان ارزیابی تجزیه میزان گرمای بالاتر از آنها محسوب می شود.

نتایج این تجزیه در واحدهای انرژی هر واحد از جرم زائد(KJ/kg ) گزارش می شوند.

تجزیه زائدات بر این فرض می باشد که تمام کربن نسوخته و خاکستر در حفره خاکستر پایین کوره جمع می شود.

همچنین این تجزیه زائدات بعنوان کسر جرمی ا زکربن زائد( کیلوگرم ها از کربن زائد شد ) یادرصدی از کربن اشتعالی که زائد شده است به حساب می آید در صورتی که بعنوان HHV ( میزان گرمای بالا) برای کربن خالص در نظر گرفته شده بنابراین کسر جرمی از کربن زائد شده (kg کربن/ kg زائده) به شرح ذیل می باشد.

نسبت واقعی هوا به سوخت در فرآیند احتراق از طریق اطلاعات زائد حاصل و اطلاعات تجزیه نهایی و تجزیه ارست قابل محاسبه می باشد از تجزیه زائد حاصل جرمی از کربن سوخته شده در ازای هر واحد جرم زغال بدست می آید.

در صورتی که هیچ نیتروژنی درسوخت وجود نداشته باشد مول های 2 N موجود در هوا در ازای هر مول از کربن سوخته از طریق اجزای جمعی در تجزیه ارست حاصل می شود.بدین ترتیب رابطه زیر برقرار است.

و این در صورتی است که اجزای جمعی موجود در گاز دودکش می باشند با وجود این، کسر جرمی نیتروژن موجود در زغال به خطای زیر در منجر می شود و این در صورتی است که اجزای جمعی موجود در گاز دودکش می باشند با وجود این، کسر جرمی نیتروژن موجود در زغال به خطای زیر در منجر می شود.

بنابراین: اجزای جمعی موجود درگاز دودکش از طریق تجزیه ارست بدست می آیند همچنین از طریق تجزیه زائد و از طریق تجزیه نهایی سوخت حاصل می شوند میزان از طریق اطلاعات زائده و بواسطه محاسبات زیر بدست می آید.

و سرانجام به قرار زیر است.

این ترفند به منظور مقایسه نسبت نظری هوا به سوخت در مقابل نسبت واقعی هوا به سوخت قابل استفاده می باشد.

4-3 تعادل های جرم و انرژی تعادل در جرم کوره محاسبه تعادل و توازن مواد برای یک کوره شامل همان نظریات اساسی درمورد کوره های گازی، زغالی، و نفت سوز می باشد.

تعادل مواد در یک فرآیند احتراق ساده، جرم سوخت و هوای فراهم شده و برای کوره( با رطوبت موجود درهوا) و جرم خاکستر و فرآورده های حاصل از احتراق د رکوره را تشکیل می دهد.

شکل 4.3 نشان دهنده روابط درونداد و برونداد برای تعادل و توازن جرم می باشد.

تجزیه نهایی زمان ضروری نمی بتش اما یک تجزیه بمنظور مشخص نمودن محتوایات کربن رطوبت و خاکستر لازم بوده و باید اجرا شود.

در صورتی که هدف از این تعادل نشان دادن شرایط کارکرد واقعی باشد در آن صورت تجزیه ( مثل تجزیه ارست) گاز دودکشی لازم و ضروری است.

علاوه بر آن زائده حاصل از کوره باید برای خاکستر، کربن نسوخته و مواد دیگر تجزیه شود.

هوایی که وارد کوره می شود احتمالاً از میانگین ترکیبات جوی و محتویات رطوبت بوده و یا اینکه فشار و رطوبت موجود ممکن است ارزیابی شوند.

تعادل هر ماده ای مستلزم مبنا و اساسی برای محاسبه می باشد.

این مبنا ممکن است جرم واحد سوخت یا جرم سوخت بکاررفته در یک چرخه از عملکردی مشخص مثل دوره ای 24ساعته باشد متناوباً ممکن است ما 1 کیلوگرم مول از سوخت در صورتی که ترکیبات آن شناخته شده می باشند یا 1 کیلوگرم مول از ترکیب ویژه ای را( برای مثال کربن) استفاده کنیم.

شکل 3.4 (الف) اجزای تشکیل دهنده اصلی برای تعادل جرم کوره/ دیگ بخار؛ (ب) مثالی از یک تعادل جرمی ویژه ابتدا بگذارید تعادل جرمی رااز نقطه نظر یک طراح بررسی کنیم.

مثال 2.4 کوره ای را تصور کنید که گازی طبیعی در آن، حاوی 0/607 متان و0/707 اتان، 150% از هوای مورد نیاز برای احتراق کامل می سوزد.

در این شرایط ما باید پخش و توزیع جرم فرآورد ه های حاصل از احتراق را مشخص نمائیم.

راه حل: اساس راه حل 1 گرم مول سوخت گازی می باشد.

اگر سوخت گازی را بعنوان گاز کاملی فرض کنیم در آن صورت هر گرم مول از سوخت گازی حاوی 6/0 مول متان و 4/0 مول اتان خواهد بود.

بنابراین معادله شیمیاییاصلی ما به شرح زیر خواهد بود.

14.4 توجه کنید که بمنظور ایجاد تعاادل و سنجش معادله شیمیایی فوق الذکر را بعنوان تعداد مولهای 2 CO دانسته و آن را از تعادل کربن مشخص می نمائیم.

و سپس تعداد مولهای,را ازتعادل هیدروژن تشخیص می دهیم.

سرانجام مولهای اکسیژن را، ،که باید به منظور فراهم سازی و شکل گرفته اضافه شوند،مشخص می نماییم.

با معادله شیمیایی متعادل و دانستن وزنهای مولکولی ،می توانیم جرم بخارهای حاصل را مشخص نماییم.

محاسبات جرم – تعادل برای یکی کوره زغال سوز تقریباً پیچیده است هنگامی که ما سعی در ایجاد تعادلی جرمی در یک کوره کارکرد داریم این پیچیدگی افزایش می یابد در این مورد اطلاعات زیر به مهندس مربوطه ارائه می شود.

تجزیه سوخت، تجزیه زائده های موجود درحفره خاکستر، و تجزیه گاز دودکش، فشار هوای واردشده کاربرد این اطلاعات در مثال ذیل نشان داده شده است.

مثال 3.4 اطلاعات زیر از آزمایش انجام شده بر کوره ای زغال سوز بدست آمده.

اطلاعاتی در مورد زائده حاصل از حفره خالی و خاکستر محتویات خاکستر 23/86% محتویات کربن 77/13% دمای میانگین میانگین گرمای خاس از 23 تا تجزیه نهایی w/o کربن 12/66 هیدروژن موجود 60/3 نیتروژن 40/1 آب ترکیب شده 21/6 گوگرد 60/1 رطوبت آزاد 48/4 خاکستر 59/16 جمع کل 00/100 کل میزان گرما کل وزن زغال سوخته kg 450000 میانگین دمای زغال سوخته اطلاعاتی در مورد سوخت گازی تجزیه ارست w/o دی اکسید کربن 70/11 دی اکسید گوگرد 11/0 مونوکسیدکربن 14/0 اکسیژن 37/6 نیتروژن 78/81 جمع کل 10000 دمای میانگین اطاعاتی در مورد هوا: میانگین دمای مخزن خشک میانگین دمای مخزن مرطوب میانگین فشار بارومتری 98/0 بار تعداد کل مواد را مشخص نمائید.

راه حل: اساس راه حل: 100 کیلوگرم سوخت گاز جرم زائده ایجاد شده : مقدار زائده ایجاد شده مستقیماً از طریق محتویات خاکستر زغال قابل محاسبه می باشد.

با استفاه از اطلاعات حاصل از تجزیه نهایی رابطه زیر برقرار است.

2-جرم مخصولات گازی خشک : وزن محصولات گازی خشک از طریق تعادل کربن قابل محاسبه می باشد برای این منظور انتخاب می شوند زیرا محتویات کربن ذغال و محصولات گازی بدرستی قابل تشخیص می باشند.

الف: تعادل کربن: بمنظور مشخص نمودن محتویات کربن، زغال، خاکستر از 100 کیلوگرم زغال سوخته استفاده کنید.

بمنظور تشخیص کربن موجود در گاز دودکش 1 کیلوگرم مول از گاز دودکش را بعنوان اساسی برای محلول مورد استفاده قراردهید.

کربن موجود در هم اکنون مول های گاز دودکش خشک درازای هر 100 کیلوگرم زغال سوخته از طریق نتایج فوق قابل محاسبه می باشد.

ب: کل محصولات گازی خشک: 100 کیلوگرم زغال سوخته را بعنوان مبنا و اساس محاسبات مورد استفاده قرار دهید.

3- جرم هوای خشک فراهم شده برای احتراق، da m وزن هوای خشک فراهم شده برای احتراق از طریق اطلاعات خاصل از تجزیه ارست و محتویات کربن موجود در زائده قابل محاسبه می باشد.

روش دیگری نیز بر مبنای تعادل نیتروژن وجود دارد و هوای خشک مورد استفاده برای احتراق نه تنها حاوی اکسیژن و نیتروژن می باشد بلکه مقادیر ناچیزی از گازهای نادر، عمدتاً آرگون، نیز در آن وجود دارد از آنجایی که نیتروژن و هم گازهای نادر خنثی و بی اثر می باشند شیوه معمول این است که گازهای نادر را بعنوان نیتروژن در نظر گرفته و با تعیین نمودن یک وزن مولکولی حدد 3/28برای نیتروژن جوی به آن را جبران کنیم.

اساساً تمام نیتروژن از کروه عبور کرده و در گاز دووکش پدیدار می شود همچنین نیتروژنی که در ذغال موجود می باشد در حین فرآیند احتراق آزاد شده و در گاز دودکش پدیدار می شود همچنانکه نشان داده شده محتویات نیتروژن سوخت در مقایسه با نیتروژن جوی ناچیز بوده و معمولاً نادیده انگاشته می شود.

تعال نیتروژن: 100 کیلوگرم زغال سوخته شده را بعنوان اساسی برای راه حلتان مورد استفاده قرار دهید.

الف: نیتروژن موجود در گاز دودکش: ب: نیتروژن زغال: پ: وزن 2 N موجود در گاز دودکش: ت: نیتروژن هوا فرض می شود که هوای خشک حاوی 21% اکسیژن و 79% نیتروژن می باشد بنابراین هوای خشک فراهم شده به شرح ذیل می باشد.

یا 4- وزن رطوبت موجود در هوا: اساس راه حل: 100 کیلوگرم ذغال سوخته بمنظور مشخص نمودن وزن، رطوبت هوا، راههای زیادی وجود دارد.

الف) با اندازه گیری و ارزیابی در جه انقباض رطوبت هوا و مشخص نمودن فشار جزئی بخار آب ا زجداول بخار برای دمای در جه انقباض.

ب) با دستگاه نم سنج که مستقیماً میزان رطوبت را ارزیابی میکند.

پ) از طریق دستگاه سنجش مخزن مرطوب و خنک.

ت) با تجزیه شیمیا یی از طریق کاربرد خشک کننده ها برمبنای اطلاعات مربوط به مخزن مرطوب و خشک که برای این منظور ارائه شده رطوب مولال هوا ( مولهای رطوبت هوا در ازای هر مول از هوا) 012/0 می باشد( به شکل 6.9 که نموداری در رابطه با دمای مخزن مرطوب و خشک نسبت به رطوبت مولال می باشد مراجعه کنید.) آب موجود در هوای خشکی که وارد می شود.

وزن رطوبت هوا حجم کل هوای مرطوب ارائه شده»: 100 کیلوگرم زغال را به عنوان اساسی برای راه حلتان مورد استفاده قرار دهید کل مولهای هوای خشک و مرطوبدر موقعیت استاندارد ()یک کیلو گرم مول را اشغال می کند.حجم میزان شده برای و : وزن رطوبت موجود در گاز دودکش: تجزیه کاز دودکش در مورد میزاان رطوبت اطلاعاتی ارائه نمی دهد.

محتویات رطوبت از طریق تعادل هیدروژنی که تر کیبات سوخت گازی خشک، محتویات رطوبت هوای احتراق و محتویات هیدروژن و رطوبت سوخت را مورد بررسی قرار میدهد قابل محاسبه می باشد.

تعادل هیدروژن:مبنا واساس محلول=100 کیلوگرم زغال سوخته رطوبت معرفی شده همراه با هوای خشک.= (آب ترکیب شده)محتویات اب موجود در زغال (آب آزاد)رطوبت موجود بر روی زغال رطوبت هیدروژنموجود در زغال(تجزیه نهایی) کل هیدروژن موجود دراب گاز دودکش رطوبت در گاز دودکش فشار جزئی رطوبت هوا با استفاده از میانگین فشار بارومتری ( هواسنج، فشارنگار) در رابطه ذیل بدست میآید.

7- حجم کل محصولات گازی: مبنا و اساسی برای راه حلتان = 100 کیلوگرم زغال کل مولهای گاز مرطوب حجم کلی محصولات گاز دودکشدر وبه قرار زیر خواهد بود 8- خلاصه ای از تعادل مواد: محاسبات نهایی از طریق برگه ای حاوی تعادلات ثبت شده با یک نمودار گردشی قابل بررسی می باشد .

نتایج حاصل در شکل3.4 (ب) نشان داده شده است .همچنین تعمل مواد برای نیتروژن، اکسیژن، کربن و هیدروژن قابل دستیابی می باشد این تعادل ها در تأئید درستی محاسبات نقش دارند.

در این مثال نتایج حاصل نشانگر اختلاف و ناهمگنی ناچیزی می باشد که از خطاهای موجود در اطلاعات حاصل از آزمایش از جمله تجزیه درست و تجزیه نهایی ناشی می شوند.

تأثیر گوگرد بر تعادل جرم: مثال قبلی شامل گوگرد موجود در زغال نمی باشد.

چنانچه محتویات گوگرد کمتر از1% باشد و در صورتی که در این محاسبات گوگرد از اهمیت جندانی برخوردار نباشد خطای بسیار ناچیزی ارائه می شود.

اولاً گنجاندن گوگرد در این محاسبات مشکل به نظر می رسد زیرا گوگرد در تنوعی از اشکال شیمیایی موجود در زغال یافت می شود.

ثانیاً تجزیه ارست محتویات 2 so موجود در گاز دودکش را گزارش می دهد زیرا بیشترین میزان گوگرد درآب دستگاه( ابزار) نمونه برداری جذب می شود.

2 so در گاز دودکش قابل ارزیابی می باشد.

اما این روند بطور معمول مرتباً انجام نمی گیرد.

نشان داده شده است که نادیده انگاشتن احتراقی از مقادیر زیاد گوگرد موجود در سوخت خطایی جدی در محاسبات تعادل جرمی یامحاسبات تعادل انرژی ارائه نخواهد داد.

بیشترین حد خطای ارائه شده به میزان 3% برای بدترین مورد می باشد که در آن محتویات گوگرد بالا بوده و به شکل پیریتی( سولفیدآهنی) موجود می باشند.

تعادل های انرژی: در صورتی که فرآیند اختراق در شرایط استاندارد رخ دهد گرمای آزادشده ممکن است مستقیماً از طریق گرمای استاندارد احتراق بدست آید.

بیایید دوباره احتراق یک مخلوط( ترکیب) سوخت گازی را بررسی کنید.

مثال 4.4 فرض کنید احتراق یک مخلوط سوخت گازی حاوی 60% متان و 40% اتان توسط معادله(14.4) شرح داده شده و مشخص کننده گرمای آزادشده می باشد.

راه حل : در صورتی که دوباره 1 گرم مول سوخت گازی را بعنوان مبناو اساسمان در نظر گرفته و گرمای آزاد شده در ازای هر گرم مول را از طریق جدول 8.3 بیابیم رابطه ذیل برقرار است.

4.15 با وجود این فرض کنید که فرآیند احتراق در دمای بالا رخ داده است 1 T گرمای احتراق،، در 1 T با گرمای استاندارد در دمای استاندارد خودتان یکسان نمی باشد.

با وجود این سریعاً می توانیم از طریق کاربرد قاعده ترمودینامیکی (گرما پویاشناسی)، رامشخص می نمائیم این قاعده بیانگر آن است که ازاد سازی انرژی خالص در مسافت پیمودن بین مرحله 1 و 2 از مسیری که گرما بین این دو مرحله اتخاذ کرده و طی می نمائیم مستتقل می باشد بنابراین ممکن است تصور کنیم که در عوض ازا جرای احتراق ا ز لحاظ هم دمایی( گرمایی) در1 T ابتدا می توانیم واکنش دهنده ها را تا خنک کرده و سپس سوخت را در مسعل سرانجام فرآورد ه های حاصل از احتراق را دوباره گرم نموده و به 1 T می رسانیم از آنجایی که آزادسازی انرژی خالص در دو مسیر باید برابر باشند ممکن است رابطه زیر برقرار باشد.

بنابراین برحسب تعییرات آنتالپی رابطه فوق ممکن است به شرح ذیل بازنویسی شود.

به شکل کلی تر می توان گفت رابطه ذیل برقرار است.

در حالت دوم( آخر) واکنش دهندهها را در دماهای مختلف مورد بررسی قرار میدهیم.

ازآنجائیکه سیستم ما اساساً در فشار ثابتی قرار داشته است بنابراین هیچ تغییری در فاز وجود ندارد بنابراین آنتالپی I بعنوان جزء تشکیل دهنده در وابسته به بطور ساده به شرح ذیل می باشد.

چنانچه درمعادله(19.4) را به اضافه کنیم رابطه ذیل بدست می آید.

در صورتی که میانگین گرمای ویژه بنا براین در صورتی که مشخص می باشد به سرعت می توانیم ارزیابی می کنیم معمولاً مقادیر زیر به عنوان جزو تشکیل دهنده موجود در از طریق میانگین گرمای ویژه مولال بدست می آیند در صورتی که وزن مولکولی I تشکیل دهنده می باشد فرآیند ذکر شده امکان پذیر است عبارات چند جمله ای موجود بر این اساس که بعنوان عملکردی از برای یک می باشد مشخص شده و در جدول 2.4 برای محصولات احتراق گازی معمول فهرست شده اند.

همچنین تعادل گرمای کاملی نیازمند بررسی آنتالپی خاکستر به انضمام آنتالپی گازهای احتراق می باشد از آنجایی که ترکیبات دقیق خاکستر بطور دقیق شناخته شده نمی باشد عبارات چند جمله ای دقیق نیز برای میانگین گرمای ویژه واثق و شناخته شده نیستند.

میانگین گرماهای ویژه مولال برای گازهای معمول و موجود در محصولات و فرآورده های احتراق مربوط بهجدول 2.4 تنها زمانی که زغال در حال سوختن و حتی خاکستر شدن موجود ناچیز می باشد کل میزان خاکستر حاصل از اهمیت خاصی برخوردار است.

در این صورت این فرضیه وجود دارد که کل خاکستر و میانگین گرمای خاصی را از حدود مورد استفاده قرار می دهد.

تمام آب موجود در سوخت یا فرآیند احتراق تبدیل به گاز می شود.

بنابراین آنتالپی بخار آب موجود در گازهای احتراق دربرگیرنده گرمای حاصل از گازشدگی می باشد.

انتالپی آب جرم آب میانگین گرمای ویژه آب بین گرمای گازشدگی در آب مثال 5.4 بامراجعه به مثالمان که در آن مخلوطی حاوی 60% متان و 40%اتان درحجم در 105% مقدار استوکیومتری هوا سوزانده شد می توانیم قواعدی را در رابطه با محاسبه آزادسازی انرژی نشان دهیم.

سوخت گازی و هوا وارد اتاقک سربی احتراق در دمای اتاق می شوند و فرآورده های احتراق این اتاقک سربی را در دمای ترک می نماید گرمای آزادشده را نسبت به دیواره ها ی سربی اتاقک احتراقی که با آب خنک می شود درازای هر گرم مو ل سوخت مشخص نمائید.

راه حل : معادله شیمیایی متعادل ما رابطه زیر را ارایه می کند: با استفاده وکاربرد 1 گرم مول سوخت گازی بعنوان اساس و مبنایمان دریافتیم که گازهای حاصل 6/61 گرم 2 co ، 2/43 گرم 287/4 گرم 2 N و 2/4 گرم بودند.

هم اکنون چنانچه دمای اتاق به نزدیک باشدگرمای واکنش دهندهای مربوط به ناچیز و کم اهمیت می باشد.

از طریق عبارات موجود در جدول 3.4 که را ربرای T بکار برده اند می توانیم مقادیر را برای محصولات تعیین و مشخص نمائیم.

در موقعیتی که معمولاًو اکقر واقع با آن برورد می کنیم سوخت در دمای اتاق بوده اما هوای احتراق تا دمای سنجیده ای از پیش گرم شده است.

در این شرایط تحت دمایی که در آن احتراق رخ می دهد به حتمال زیاد ناشناخته باقی میماند ام دمای گازهای خارج شده به راحتی ارزیابی می شوند دراین مورد دوباره میتوانیم گرمای آزادشده را با دنبال نمودن مسیری فرضی میان راههای اولیه و نهایی مشخص نمائیم این فرضیه وجود دارد که ابتدا باید تمام و اکنش دهنده ها را تا دماییکه در آن گرمای استاندارد واکنش دهنده ها ارزیابی می شود خنک کرده این مسیر و راه فرضی باید با آزادسازی گرمای خالص در طول مسیر و افقی برابر باشد آزادسازی گرمای خالص در ازای هر مول سوخت به قرار زیر می باشد.

4.23 گرمای جابجا شده به واسطه خنک کردن واکنش دهنده هااز دمای اولیه انها تا .

گرمای اضافه شده به واسطه گرم نمودن فراورده ها از به دمای خروجی تقریبا در تمام مواد سوختی که وارد میشود در دمای اتاق بوده و بدینوسیله رابطه زیر برقرار است.

بنابراین می توانیم با استفاده از میانگین گرمای ویژه اجزای تشکیل دهنده و گرمای گاز شدگی را محاسبه کنیم.

در صورتی که 1 Q نشان دهنده گرمای آزادشده از طریق کیلوگرم های F M سوخت باشد و در شرایطی که هوای ورودی خشک است رابطه زیر برقرار می باشد.

4.26 مثال 6-4 بگذارید برای بار دیگر روشی را برای احتراق مخلوطی و ترکیبی حاوی از متان و از اتان در 105% هواکه از لحاظ نظری مورد نیاز می باشد بکار برده واجرا کنیم.

این فرض وجود دارد که سوخت در دمای اتاق پذیرفته شده و هوای موجود تا از پیش گرم می شود دراین شرایط باید گرمای آزادشده در کوره را در صورتی که گازهای خروجی در دمای م می باشد.

در انجام این محاسبات این فرضیه ساده وجود دارد که میانگین ظرفیت دمای مراحل از تا T با میانگین ظرفیت گرماییی مولان از تا T تافوتی جزئی دارد.

این ساده سازی بطور گسترده مورد استفاده قرار گرفته و بطورکلی وعمومی رضایت بخش می باشد این ساده سازی بطور گسترده مورد استفاده قرار گرفته و بطورکلی و عمومی رضایت بخش می باشد.

راه حل:یک گرم سوخت را به عنوان مبنایی برای راه حل مورد استفاده قرار دهید.به معادله شیمیایی که قبلا برای احتراق این ترکیب گازی نوشته بودیم برمی گردیم.یعنی ابتدا تعادل جرم را کامل می نمائیم وزن مولکولی مخلوط( ترکیب) سوخت به قرار زیر می باشد.

جرم هوای پذیرفته شده در ازای هر جرم واحدی از سوخت را ازطریق معادله شیمیایی متعادل بدست میاوریم.

پس وزن محصولات حاصل از احتراق را در ازای هر کیلوگرم مول سوخت بدست می آوریم.

موقعیت نسبتاً پیچیده تری دراحتراق زغال بوجود می آید در این احتراق تمام بخارهای خارجی به دقت بررسی و تجزیه می شود چنانچه درصدد باشیم محاسبه دقیقی ازآزادسازی گرما ارائه دهیم باید زغال نسوخته در ضایعات( یا بخارخاکستر) و هرگونه مونوکسید کربن موجود در گاز دودکش را توجیه کنیم.

برای این منظور میزان گرمای زغال نسوخته و مونوکسید کربن موجود دربخار های خروجی را کسر نمائیم.بنابراین معادله ما برای ازاد سازی گرما به صورت زیر خواد بود.

27.4 و این در صورتی است که گرمای احتراق زغال نسوخته بوده و مونوکسید کربن موجود در ضایعات و بخارهای خروجی هر مول سوخت و سایر کمیت ها در معانی پیشین خود باقی مانده اند.

این روش با کاربردش برای احتراق زغال که در مثال(3.4) قبلاً شرح داده شده نشان داده می شود.

مثال 7.4 تعادل انرژی کوره تعادل کامل انرژی کوره را با استفاده از اطلاعات ارائه شده در مثال 3.4 مشخص نمایید این تعادل به طور نموداری در شکل 3.4 نشان داد می شود.

راه حل: مبنا و اسای بر راه حل: 100 کیلوگرم زغال فراهم شود.

محاسبات درونداد انرژی: 1- میزان سوخت: از مثال 304، میزان گرمای ثابت 500/10 گلوین کالری / کیلوگرم 2- آفتابی زغال:5 3- آفتابی هوای خشک: ناچیز و کم اهمیت.

4- آفتابی بخارآب موجود در هوا () ( با استفاده از اطلاعات حاصل از مثال 3,4) : با توجه به جداول الف 4 و الف 5 گرمای بخار دردمای به قرار ذیل می باشد.

بدینوسیله با استفاده از اطلاعات حاصل از مثال 403، رابطه زیر برقرار است.

انتالپی آب کل انرژی موجود شکل 404 تعادل انرژی برای یک کوره و دیگ بخار محاسبات برونداد انرژی: 5- میزان گرمای زائده HV: 6- میزان گرمای گاز دودکش: HV: میزان گرمای بر اساس محتویات مونوکسید کربن گاز دودکش می باشد: 7- آنتاپی زائده: آنتاپی به واسطه رابطه ذیل بر قرار است: آنتاپی ها واسطه میانگین گرماهای ویژه آنها بدست می آیند.

8-آنتالپی آب در گاز انباشته: آنتالپی رطوبت در گاز انباشته براساس گرمای گازشدگی و درجه گرمای بالا برای مولهای بخار آب موجود در گاز دودکش می باشد.

مجددا با استفاده گرمای گاز شدگی به میزان رابطه زیر برقرار است.

گرمای ویژه بخار آب گرمای گاز شدگی انتالپی گرمای بسیار زیاد انتالپی گرمای بسیار زیاد 9- گرمای آزادشده: فرآیند مربوط به تعادل گرمای نهایی در شکل 4.4 خلاصه شده است.

4.4 تعادل شیمیایی: ویژگی ترمودینامیکی( گرماپویاشناسی) که نشان دهنده ان است که آیا یک واکنش شیمیایی را به خود رخ خواهد داد.

پتانسیل ترمودینامیکی یا انرژی آزاد نام دارد.

یک سیستم همیشه به سمت موقعیتی متمایل است که از حداقل میزان انرژی آزاد برخوردار باشد.

کل انرژی ازاد G ویژگی گسترده ای بوده و به قرار زیر تعریف میشود: برای کیلوگرم های m یک ماده خالص به واسطه مقادیر زیادی از h,s:G بدست می آید.

در این صورت نیروی رانش در یک واکنش شیمیایی نشانگر تفاوت موجود در انرژی آزاد میان واحل اولیه نهایی می باشدو در صورتی که دما ثابت باشد، رابطه زیر برقرار است.

در صورتی که تغییر انرژی آزاد برای یک واکنش منفی باشد( واکنش گرمازا بوده و گرما را خارج می کند) واکنش خودبخود رخ می دهد.

انرژی آزاد شکل گیری و تشکیل یک جزء تشکیل دهنده: