Расчет материального баланса веществ при сжигании твердого топлива

Одной из целей природопользования является получение энергии, необходимой для функционирования объектов техники. Все промышленные предприятия являются крупными потребителями энергии в различных ее формах. Для получения этой энергии необходимо сжигание определенного количества топлива. Даже если предприятие потребляет только электрическую энергию, топливо все равно расходуется на электростанции. В результате сжигания топлива на окружающую среду оказывается негативное воздействие в форме выбросов загрязняющих веществ.

Оценивать степень воздействия выбросов предприятий на атмосферу возможно различными способами. Среди них наиболее распространены три:

– определение состава атмосферного воздуха при помощи приборов;

– приблизительная оценка по количествам вредных примесей, выбрасываемых в атмосферу;

– биоиндикация.

Первый способ является наиболее точным, но и самым затратным, т.к. предполагает оснащение аналитической лаборатории дорогостоящими приборами.

Второй из перечисленных способ является менее точным, но не требует значительных трудозатрат на проведение исследований. Для приблизительной оценки необходимо знать массу сжигаемого топлива и его химический состав.

Метод биоиндикации не позволяет сделать однозначных выводов о количественном составе атмосферы (гидросферы, почвы), но позволяет отслеживать интегральное состояние окружающей среды.

В соответствии с законом сохранения массы суммарный вес всех продуктов сгорания топлива –загрязняющих веществ равен весу сжигаемого топлива + вес расходуемого при сжигании воздуха.

СО2   H2О   SO2 N2

Процесс горения

Топливо

Воздух

Рис. 1. Потоки веществ при сжигании топлива

На блок-схеме (рис. 1), описывающей потоки веществ при сжигании топлива, масса входных потоков вещества должна быть равна массе выходных потоков.

Для расчетов материальных потоков веществ при сжигании органического топлива используются реакции горения основных его компонентов: углерода, водорода и серы.

 

Реакция С + О₂ = CO₂

12 + 32 = 44 1 + 2.67= 3.67

Стехиометрическое соотношение по весу

 

Реакция 2Н₂ + О₂ = 2Н₂О

4 + 32 = 36 1 + 8 = 9

Стехиометрическое соотношение по весу

 

Реакция S + O₂ = SO₂

32 + 32 = 64 1 + 1 = 2

Стехиометрическое соотношение по весу

 

Стехиометрические соотношения по весу в вышеприведенных реакциях справедливы при любых единицах измерения, например, при сжигании 1 грамма, килограмма или тонны углерода расходуется 2.67грамма, килограмма или тонны кислорода и выделяется 3.67 грамма, килограмма или тонны углекислого газа. Аналогичный смысл имеют стехиометрические соотношения для других элементов органического топлива, они показывают количества расходуемых и образующихся веществ при горении соответствующего элемента топлива и необходимы для построения материального баланса.

Для дальнейшего анализа материального баланса веществ при сжигании топлива необходимо знать его элементный состав. Он приведен в табл.1 для основных видов твердого и жидкого топлива.

 

Таблица 9.1

Элементный состав основных видов органического топлива.

Название топлива	Состав горючей массы, %
	С	H	O	N	S
Древесина			42,5	0,5
Торф			33,0	2,5	0,5
Бурый уголь			20,4	1,0	0,6
Антрацит			3,2	1,5	1,3
Сланцы			16,0	1,0	5,0
Мазут		10,0	0,5	0,5	1,0

 

При известном элементном составе топлива материальный баланс веществ при его сжигании рассчитывается по следующим упрощенным формулам:

 

1) Массы кислорода и воздуха, необходимые при сжигании топлива (М_кисл., М_возд.)

 

	(9.1)
	(9.2)

где 0,2314 - доля кислорода в единице массы воздуха.

 

2) Массы образующихся основных продуктов сгорания:

(9.3)

 

(9.4)

 

(9.5)

 

(9.6)

 

 

где 0,7686 - доля азота и др. инертных газов в единице массы воздуха.

 

3) Построение баланса.

При правильном расчете количеств участвующих в процессе горения органического топлива веществ должно выполняться следующее балансовое соотношение:

(9.7)

 

Это балансовое соотношение является проверочным при выполнении контрольного задания.

 

Контрольное задание

Построить материальные балансы веществ при сжигании 1тыс.т. приведенных в табл.1 видов органического топлива.

Таблица 9.2.

Исходные данные для построения материального баланса

Вариант	Вид топлива	Состав горючей массы, %
Углерод	водород	кислород	азот	сера
	Древесина			42,5	0,5
	Торф			33,0	2,5	0,5
	Бурый уголь			20,4	1,0	0,6
	Антрацит		4,0	3,2	1,5	1,3
	Сланцы		8,0	16,0	1,0	5,0
	Мазут		10,0	0,5	0,5	1,0

 

Задание 10