Природный газ Верхне-Омринского месторождения. Содержание влаги в газе Wр = 1,0 об.%.
Содержание компонентов сухого топлива, % по объему
СН4с
С2Н6с
С3Н8с
С4Н10с
С5Н12с и высшие
СО2с
N2с
Сумма
85,0
3,90
1,40
0,41
0,23
0,10
8,70
99,74
Коэффициент избытка воздуха при сжигании газа в горелке частичного смешивания a = 1,15. Влагосодержание атмосферного воздуха d = 10 г/кг сухого воздуха (в этом и других примерах).
Определяем состав рабочего топлива. Пользуясь формулой (3), находим содержание элементов в рабочем топливе:
СН4вл = % = = 85,0·0,9926 = 84,37%;
С2Н6вл = 3,90·0,9926 = 3,87%;
С3Н8вл = 1,40·0,9926 = 1,39%;
С4Н10вл = 0,41·0,9926 = 0,41%;
С5Н12вл = 0,23·0,9926 = 0,23%;
СО2вл = 0,10·0,9926 = 0,099% » 0,10%;
N2вл = 8,70·0,9926 = 8,64%;
Н2Овл = 1,00%.
Результаты пересчета состава сводим в таблицу.
Состав влажного рабочего топлива, объемные %
СН4вл
С2Н6вл
С3Н8вл
С4Н10вл
С5Н12вл
СО2вл
N2вл
Н2Овл
Сумма
84,37
3,87
1,39
0,41
0,23
0,10
8,64
1,00
100,00
Рассчитываем теплоту сгорания природного газа по формуле (8):
Составляем материальный баланс процесса горения на 100 нм3 природного газа при a = 1,15.
Материальный баланс процесса горения природного газа
Приход
кг
Расход
кг
Природный газ
60,49
Продукты горения
СН4 = 84,37·0,717
5,25
СО2 = 0,991·1,977
196,02
С2Н6 = 3,87·1,356
2,81
Н2О = 2,073·0,804
166,65
С3Н8 = 1,39·2,020
1,16
N2 = 8,463·1,251
1058,74
С4Н10 = 0,41·2,840
0,73
О2 = 0,290·1,429
41,50
С5Н12 = 0,23·3,218
0,20
N2 = 8,64·1,251
10,80
Невязка
-0,89
Н2О = 0,99·0,804
0,80
Воздух
О2 = 10,60·0,21·100·1,429
318,20
N2 = 10,60·0,79·100·1,251
1047,94
Н2О = 10,60·0,0016·10·100·0,804
13,64
Итого
1462,02
Итого
1462,02
Невязка баланса составляет: = 0,061%.
Определяем теоретическую температуру горения природного газа. Для этого находим общее теплосодержание продуктов горения по формуле (23), пренебрегая теплосодержанием природного газа и воздуха и теплотой диссоциации:
i общ = = 2942 кДж/нм3.
По i–t-диаграмме (рис. 2) находим теоретическую температуру горения при коэффициенте a = 1,15: tтеор = 1780°С.
Находим расчетное теплосодержание продуктов горения с учетом пирометрического коэффициента, который примем равным h = 0,78:
i¢общ = i общ.h = 2942 · 0,78 = 2295 кДж/нм3.
По i–t-диаграмме (рис. 2) находим действительную температуру горения природного газа tдейств = 1450°С.
Допустим, требуется создать в печи температуру 1680ºС.
Для этого необходимо повысить теплосодержание ПГТ. Определяем по i–t-диаграмме, что при 1680ºС i¢общ = 2724 кДж/нм3.
Снизить коэффициент избытка воздуха α ,чтобы уменьшился общий объем ПГТ Va и таким образом повысилось их теплосодержание iобщ, нельзя, так как a = 1,15 близко к минимально допустимому значению и в результате снижения a ухудшится смешивание потоков топлива и воздуха.
Общее теплосодержание продуктов горения топлива iобщ может быть повышено за счет теплоты подогретого воздуха iвозд, идущего на горение. Определим температуру подогрева. Вклад в теплосодержание ПГТ от нагретого воздуха:
Δiобщ = = = 550 кДж/нм3.
Приравниваем добавочную теплоту величине теплосодержания воздуха. При сжигании газа доля вторичного воздуха может достигать 100%, т.е. в формуле (23) k = 1,00.
Δiобщ = iвозд = , т.е.
iвозд = = 550 = 613 кДж/нм3.
По i–t-диаграмме (рис. 1) определяем, что воздух обладает теплосодержанием i возд = 613 кДж/нм3 при подогреве до tвозд = 420ºС.