Расчёт горения топлива

Расчет горения топлива нужен для того, чтобы правильно выб­рать дутьевые и тяговые устройства к печи, обеспечивающие нор­мальный процесс горения, движения дымовых газов и необходи­мый температурный режим в рабочем пространстве печи. Этот расчет проводится с целью определения расхода воздуха, необходимого для горения, количества образующихся продуктов горения, их состава и температуры горения. В качестве топлива используется природный газ Березовского месторождения, состав которого берётся из справочника [1] с. 203. Исходный состав природного газа приведен в таблице 2.1.

Таблица 2.1 – Состав сухого газа, % об.

Сумма компонентов природного газа составляет 100%.

Газ сжигают с коэффициентом избытка воздуха α =1,05. Принимаем содержание влаги в газе 1%.

Пересчет состава газообразного топлива с сухого на рабочую массу производится по следующим формулам:

CH₄ = ∙ (100 - ) / 100 , (2.1)

где и – содержание метана в рабочем и сухом газе соответственно, %; – содержание влаги в рабочем топливе, %.

CH₄ = 92,1 ∙ (100 - 1) / 100 = 91,17 об.%;

Аналогично пересчитываем остальные составляющие топлива. Результаты расчетов сводим в таблицу 2.2.

Таблица 2.2 – Рабочий состав воздуха, об.%

Теплота сгорания газообразного топлива определяется как сумма произведений тепловых эффектов составляющих газа на их количество, выраженное в объемных процентах. Для природного газа, кДж/м³:

Q_н^р = 358,2 ∙ СН₄ + 637,5 ∙ С₂Н₆ + 912,5 ∙ С₃Н₈ + 1186,2 ∙ С₄Н₁₀ + 1460 ∙ С₅Н₁₂ , (2.2)

где Q_н^р – теплота сгорания 1 м³ газообразного топлива, кДж/м³.

Q_н^р = 358,2 ∙ 91,17 + 637,5 ∙ 3,76 + 912,5 ∙ 0,792 + 1186,2 ∙ 0,299 = 36132,8 кДж/м³.

Далее ведется расчет расхода воздуха, необходимого для горения.

В расчетах принимают следующий состав воздуха по объему, %: азот - 79 и кислород - 21. Количество влаги, вносимое атмосферным воздухом, значительно увеличивает расход воздуха. При расчетах тепловых агрегатов влагосодержание атмосферного воздуха принимают 8–12,5 г/кг [1]. Теоретически необходимый для горения расход сухого воздуха определяется по следующей формуле:

L₀ = 0,0476 ∙ (2 ∙ СН₄ + 3,5 ∙ С₂Н₆ + 5 ∙ С₃Н₈ + 6,5 ∙ С₄Н₁₀ ), (2.3)

где L₀ – теоретически необходимое количество сухого воздуха для горения 1 м³ газообразного топлива, м³/м³.

L₀ = 0,0476 ∙ (2 ∙ 91,17 + 3,5 ∙ 3,76 + 5 ∙ 0,792 + 6,5 ∙ 0,299) = 9,58 м³/м³.

Определяем расход атмосферного воздуха при влагосодержание d=8 г/кг сухого воздуха (принимаем самостоятельно):

L₀′ = (1 + 0,0016 ∙ d ) ∙L₀, (2.4)

где L₀′ – теоретическое количество атмосферного воздуха необходимое для сжигания 1м³ газообразного топлива, м³/м³.

L₀′ = (1 + 0,0016 ∙ 10) ∙ 9,58 = 9,71 м³/м³.

Для практически полного сгорания топлива требуется подвод воздуха в количестве, превышающем теоретически необходимое, так как трудно достичь идеального смешения воздуха с топливом.

Действительный расход сухого воздуха с учетом коэффициента расхода воздуха:

L_α = α ∙ L₀, (2.5)

где L_α – действительное количество сухого воздуха необходимого для сжигания 1м³ газообразного топлива, м³/м³; α – коэффициент избытка воздуха (принимаем α = 1,2).

L_α = 1,05 ∙ 9,58 = 10,05 м³/м³.

Действительный расход влажного воздуха рассчитываем по формуле:

L_α′ = α ∙ L₀′ , (2.6)

Действительный расход влажного воздуха составит:

L_α′ = (1 + 0,0016 ∙8) ∙ 10,05= 10,12 м³/м³.

Определим количество и состав продуктов горения при α=1,2. Находим объём отдельных составляющих по формулам:

V_CO2 = 0,01 ∙ (CO₂ + СН₄ + 2 ∙ С₂Н₆ + 3 ∙ С₃Н₈ + 4 ∙ С₄Н₁₀ + 5 ∙ C₅H₁₂), (2.7)

V_H2O = 0,01 ∙(2 ∙СН₄ + 3 ∙ С₂Н₆ + 4∙С₃Н₈ + 5∙С₄Н₁₀ + 6∙С₅H₁₂ + H₂O + 0,16 ∙ d ∙L_α) , (2.8)

V_N2 = 0,79 ∙ L_α + 0,01 ∙ N_{2 ,} (2.9)

V_O2 = 0,21 ∙ (α–1) ∙ L₀ , (2.10)

где V_CO2, V_H2O, V_N2, V_O2 , – состав продуктов горения (углекислого газа, воды, азота, кислорода соответственно) при сгорании 1 м³ газообразного топлива, м³/м³.

V_CO2 = 0,01 ∙ (0,099 + 91,17 + 2 ∙ 3,76 + 3 ∙ 0,792 + 4 ∙ 0,299) = 1,023 м³/м³;

V_H2O = 0,01 ∙ (2 ∙ 91,17 + 3 ∙ 3,76 + 4 ∙ 0,792 + 5 ∙ 0,299 + 1 + 0,16 ∙ 8 ∙10,05) = 2,12 м³/м³;

V_N2 = 0,79 ∙ 10,0 + 0,01 ∙ 2,87 = 7,92 м³/м³;

V_O2 = 0,21 ∙ (1,05 – 1) ∙ 9,58 = 0,1.

Общее количество продуктов горения составляет:

V_α = V_CO2 + V_H2O + V_N2 + V_O2 , (2.11)

V_α = 0,1 + 2,12 + 7,92 + 1,02 = 11,1 м³/м³.

Процентный состав продуктов горения определяется следующим образом, %:

СО₂ = 100 / V_α ∙ V_CO2 , (2.12)

СО₂ = 100 / 11,1 ∙ 1,023 = 9,21 %;

H₂O = 100 / 11,1 ∙ 2,18 = 19,63 %;

N₂ = 100 / 11,1 ∙ 7,92 = 71,35 %;

O₂ = 100 / 11,1 ∙ 0,1 = 0,90 %.

Составляем материальный баланс процесса горения на 100 м³ топлива (перевод в кг осуществляется путем умножения на плотность) по следующей форме (таблица 2.3).

Таблица 2.3 – Материальный баланс процесса горения топлива

Невязка баланса составляет:

(1378,3 – 1380,3) / 1378,3 < 0,1 %

Определим теоретическую и действительную температуры горения топлива. Для этого находится общая энтальпия природного газа , кДж/м³:

, кДж/м³ (2.13)

где − теплота сгорания топлива, кДж/м³; , – объемные изобарные теплоемкости соответственно газа и воздуха при температурах , .L_α − действительное количество атмосферного воздуха, м³/м³;

Принимаем температуру подогрева воздуха =400°С. Природный газ используется при температуре окружающей среды ,следует его физическая теплота в виду малости может не учитываться, то формула (2.13)примет вид:

,

Далее вычисляем теплосодержание с учетом потерь,

Действительная температура определяется по диаграмме, которая приведена в справочнике [1] на рисунке 1.2.Для найденного значения определяем теоретическую температуру горения топлива, а затем умножив ее на пирометрический коэффициент η=0,73,получаем действительную температуру

Поиск по сайту: