Расчет горения топлива. Материальный баланс процесса горения газообразного топлива

ПРИЛОЖЕНИЯ

  ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Расчет горения топлива

Расчет горения топлива необходим для того, чтобы правильно подобрать дутьевые и тяговые устройства к печи, обеспечивающие нормальный процесс горения, движения дымовых газов и необходимый температурный режим в рабочем пространстве печи.

Состав топлива (газ месторождения Уренгой-Ямал), мас.%: СН₄ = 97,95; С₂Н₆ = 0,75; С₃Н₈ = 0,24; С₄Н₁₀ = 0,09; С₅Н₁₂ = 0,02; СО₂ = 0,08; N₂ = 0,87.

Пересчитаем состав газообразного топлива с сухой на рабочую массу:

,                                                                               (1.2П)

где  – содержание метана в рабочем топливе, %;   – содержание метана в сухом топливе, %; W^р – содержание влаги в рабочем топливе, %.

Рабочий состав газа сводим в табл. 1.2П.

Таблица 1.2П

Рабочий состав газа, мас.%

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

358,2CН₄ + 637,5С₂Н₆ + 912,5С₃Н₈ + 1186,5С₄Н₁₀ + 1460,8С₅Н₁₂   (2.2П)

= 358,2 ∙ 96 + 637,5 ∙ 0,74 + 912,5 ∙ 0,24 + 1186,5 ∙ 0,09 + 1460,8 ∙ 0,02 =

= 35561,41 кДж/м³

Расчет расхода воздуха, необходимого для горения

В расчетах принимаем следующий состав воздуха, по объему в %: азот  –79 и кислород – 21. Количество влаги, вносимое атмосферным воздухом, значительно увеличивает расход воздуха.

Определяем теоретически необходимый для горения расход сухого воздуха:

L₀ = 0,0476(2СН₄ + 3,5С₂Н₆ + 5С₃Н₈ + 6,5С₄Н₁₀ + 8С₅Н₁₂)                     (3.2П)

L₀ = 0,0476(2 ∙ 96,97 + 3,5 ∙ 0,74 + 5 ∙ 0,24 + 6,5 ∙ 0,09 + 8 ∙ 0,02 =9,45 м³/м³

Расход атмосферного воздуха при влагосодержании d г/кг сух. воздуха, м³/м³:

= (1 + 0,0016d) L₀                                                                                  (4.2П)

При расчетах тепловых агрегатов влагосодержание атмосферного воздуха принимают 8–12,5 г/кг /16/.

= (1 + 0,0016 ∙ 10) 9,45 = 9,60 м³/м³

Практически для полного сгорания топлива требуется подвод воздуха в количестве, превышающем теоретически необходимое, так как трудно достигнуть идеального смешения воздуха с топливом.

Действительный расход сухого воздуха с учетом коэффициента расхода воздуха, м³/м³:

,                                                                                                  (5.2П)

где α – коэффициент избытка воздуха, показывающий отношение действительного количества воздуха, введенного для горения, к теоретически необходимому:

α = L_α / L₀

Коэффициент расхода воздуха:

,                                                                    (6.2П)

где t_т – температура топлива, °С; С_т – объемная теплоемкость топлива, кДж/(м³ · К); V₀ – общий объем дымовых газов, м³/м³; t_к – калориметрическая температура горения, °С; С_дг – объемная теплоемкость дымовых га-зов, кДж/(м³ · К); С_в – объемная теплоемкость воздуха, поступающего на горение топлива, кДж/(м³ · К); t_в – температура воздуха, поступающего на горение топлива, °С.

Объемная теплоемкость газообразного топлива, кДж/(м³ · К):

,                                                                                            (7.2П)

где С_i – объемная теплоемкость составляющих топлива (СН₄, СО₂ и др.), кДж/(м³ · К), при температуре t_т /15, прилож. 4/; А_i –  содержание составляющих топлива, выраженное в объемных процентах, %.

=

= 1,55 кДж/(м³ ∙ К)а на их количество, выраженное в объемных процентах

Общий объем дымовых газов при сжигании топлива с теоретически необходимым количеством воздуха, т.е. при α = 1, м³/м³:

                                                                                                 (8.2П)

Объемы отдельных составляющих продуктов горения газообразного топлива, м³/м³:

= 0,01(СО₂ + СН₄ + 2С₂Н₆ + 3С₃Н₈ + 4С₄Н₁₀ + 5С₅Н₁₂,                  (9.2П)

= 0,01(0,08 + 96,97 + 2 ∙ 0,74 + 3 ∙ 0,24 + 4 ∙ 0,09 + 5 ∙ 0,02 = 0,997м³/м³

= 0,01(2СН₄ + 3С₂Н₆ + 4С₃Н₈ + 5С₄Н₁₀ + 6С₅Н₁₂ + Н₂О + 0,16d ∙ L₀),  (10.2П)

= 0,01(2 ∙ 96,97 + 3 ∙ 0,74 + 4 ∙ 0,24 + 5 ∙ 0,09 + 6 ∙ 0,02 + 1,0 + 0,16 ∙ 10 ∙ 9,45) = 2,14 м³/м³

= 0,79L₀ + 0,01N₂,                                                                            (11.2П)

= 0,79 ∙ 9,45 + 0,01 ∙ 0,86 = 7,48м³/м³

Общий объем дымовых газов равен:

V₀ = 0,997 + 2,14 + 7,48 = 10,62 м³/м³

Необходимая теплота подогрева воздуха, кДж/м³:

,                                                                                    (12.2П)

где i_д – тепло продуктов сгорания топлива для заданной действительной температуры t_д, определяется из i – t диаграммы; η_n – пирометрический коэффициент полезного действия процесса горения, учитывающий практическое значение тепловых потерь факелом при данных условиях сжигания топлива /15/.