Расчёт горения топлива

1 РАСЧЁТНАЯ ЧАСТЬ

1.1 Расчёт горения топлива

          Целью расчета горения топлива является определение:

          - теплоты сгорания топлива ();

          - теоретического () и действительного () количества воздуха;

          - теоретического (V⁰) и действительного (V^д) количества продуктов сгорания;

          - состава и плотности продуктов сгорания;

          - температуры горения.

Состав сухих газов возьмём из справочника [1] для КМК:

Таблица 1 - Состав сухих газов

Компонент	СО	Н2	СН4	С2H6	СО2	N2	О2	Σ, %
Коксовый газ	7,44	56,42	26,05	3,14	2,35	3,90	0,63	100
Доменный газ	28,50	2,50	0,10	-	10,70	58,10	-	100

Пересчитаем состав газа на влажный по формуле:

,                                                         (1)

где  - содержание компонента во влажном газе, об.%;

К - коэффициент пересчёта с сухого газа на влажный;

 - содержание компонента в сухом газе, об.%.

Рассчитаем коэффициент пересчета К по формуле:

,                                                        (2)

где  - содержание влаги во влажном газе, об.%.

Рассчитаем содержание влаги  по формуле:

,                                                             (3)

где W - содержание влаги во влажном газе, г/м³;

W=10…50 г/м³, принимаем W=35 г/м³.

По формуле (3) определяем содержание влаги

.

По формуле (2) определяем коэффициент пересчёта К

.

Используя данные таблицы 1 пересчитаем состав сухого коксового газа на влажный по формуле (1):

,

,

,

,

,

,

.

Используя данные таблицы 1 пересчитаем состав сухого доменного газа на влажный по формуле (1):

,

,

,

,

.

Результаты расчётов сведём в таблицу:

Таблица 2 - Состав влажных газов

Компонент	СО	Н2	СН4	С2H6	СО2	N2	О2	H2O	Σ, %
Коксовый газ	7,13	54,13	24,96	3,01	2,25	3,74	0,61	4,17	100
Доменный газ	27,30	2,40	0,09	-	10,25	55,79	-	4,17	100

Рассчитаем состав смешанного газа по формуле:

,                                                         (4)

где  - содержание компонента в смеси, об.%;

,  - доли коксового газа и доменного газа в смеси;

 - содержание компонента во влажном коксовом газе, об.%;

 - содержание компонента во влажном доменном газе, об.%;

=0,6; =0,4 (по условию задания).

Используя данные таблицы 2 определим состав смешанного газа по формуле (4):

,

,

,

,

,

,

,

.

Результаты расчета сведём в таблицу:

Таблица 3 - Состав коксодоменной смеси

Компонент	СО	Н2	СН4	С2H6	СО2	N2	О2	H2O	Σ, %
Коксодоменная смесь	15,20	33,43	15,01	1,81	5,45	24,56	0,37	4,17	100

Расчёт горения топлива ведём в табличной форме

Таблица 4 - Расчёт горения топлива на 100 м³

Участвуют в горении						Образуется продуктов сгорания
Топливо		Реакция горения	Окислитель			СО2	H2O	О2	N2	Всего
Компоненты	Содержание, %		О2	N2	Всего
СО	15,20	СО+1/2∙О2=СО2	7,6	226,89	287,2	15,2	-	-	251,45	15,2
Н2	33,43	Н2+1/2∙О2=H2O	16,72			-	33,43	-		33,43
СН4	15,01	СН4+2∙О2=СО2+2∙H2O	30,02			15,01	30,02	-		45,03
С2H6	1,81	С2H6+7/2∙О2=2∙СО2+3∙H2O	6,34			3,62	5,43	-		9,05
СО2	5,45	СО2→СО2 ДЫМ	-			5,45	-	-		5,45
N2	24,56	N2→N2 ДЫМ	-			-	-	-		251,45
О2	0,37	-	-0,37			-	-	-		-
H2O	4,17	H2O→H2O ДЫМ	-			-	4,17	-		4,17
Σ	100	n=1	60,31	226,89	287,2	39,28	73,05	-	251,45	363,78
		n=1,1	66,34	249,58,7	315,92	39,28	73,05	6,03	274,14	392,5
		%	21	79	100	1	18,61	1,53	69,84	100

Используя данные таблицы 3 произведём следующие расчёты:

Теоретическое количество воздуха, необходимого для сжигания топлива:

.

Действительное количество воздуха с учётом избытка окислителя:

.

Теоретическое количество дыма, образующееся при сгорании топлива (смеси):

.

Действительное количество дыма:

.

Низшая теплота сгорания  газообразного топлива рассчитывается по формуле:

.           (5)

Тогда для коксового газа:

.

Для доменного газа:

.

Для смешанного газа:

.

Плотность продуктов сгорания определяется по формуле:

,                     (6)

где  и т.д. - молекулярные массы составляющих дыма, кг/кмоль;

СО₂ и т.д. - содержание составляющих дыма, %;

v_μ - объем 1 кмоля газа при нормальных условиях;

v_μ=22,4 м³/кмоль.

Рассчитаем по формуле (6) плотность продуктов сгорания:

.

Аналогично определяется плотность газообразного топлива

и плотность сухого воздуха

.

Правильность расчета горения проверяется составлением материального баланса: масса исходных продуктов горения (топливо, воздух) должна быть равна массе получающихся продуктов сгорания. Результаты расчета представим в виде таблицы.

Таблица 5 - Материальный баланс горения топлива (на 100 м³ газа)

Статьи прихода массы, кг	Статьи расхода массы, кг
Масса топлива mт = ρт·Lт = 1,266·100=126,6	Масса продуктов сгорания mпс = ρпс·Vд=0,95·325,6=309,3
Масса сухого воздуха mв = ρв·=1,29·246,5=318
Масса влаги воздуха  = 0,001·W·=0,001·30·246,5=7,4
Приход массы mприх = mт + mв + =126,6+318+7,4=452	Расход массы mрасх = mпс=309,3

Невязка баланса рассчитывается по формуле

.

Действительная температура горения топлива находится по формуле

,                                                                 (7)

где T_к - калориметрическая температура горения топлива, ^oC.

Определение калориметрической температуры горения топлива производится аналитическим методом последовательных приближений и интерполяции, для этого необходимо рассчитать энтальпию продуктов сгорания, соответствующую калориметрической температуре, по формуле:

.

Задаёмся предполагаемой температурой горения T₁=1700 ^oC и определяем энтальпию продуктов сгорания, соответствующую этой температуре, по формуле:

,                              (8)

где , , , ,  - энтальпии составляющих продуктов сгорания,  соответствующие предполагаемой температуре, кДж/м³.

Значения энтальпий газов приведены в [2, таблица 8].

По формуле (8) определим энтальпию продуктов сгорания, соответствующую T₁

.

Т.к. I₁<I_к , то задаёмся другим значением температуры T₂=T₁+100^o=1800 ^oC и определяем по формуле (8) энтальпию продуктов сгорания, соответствующую T₂

.

Т.к. I₂>I_к , то находим искомую калориметрическую температуру на интервале 1700-1800 ^oC по формуле:

.

По формуле (7) находим действительную температуру горения топлива

.