РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Расчет горения природного газа

Составляем таблицу сухого природного газа, показанную в таблице 2.1

Таблица - 2.1 Состав сухого газа, %

Газ сжигается с коэффициентом расхода воздуха α=1,2, воздух, идущий для горения, нагревается до температуры 700⁰С.

Принимаем содержание влаги в газе 1,1 %. Пересчитываем состав сухого газа на влажный рабочий газ.

СН₄^вл = СН₄^с *((100- Н₂О)\100), (2.1)

где

СН₄^вл, СН₄^с, Н₂О – составляющие природного газа.

СН₄^вл = 96,0 * ((100 - 1,1)\ 100) = 94,9, %

Составляем таблицу влажного рабочего газа на основании пересчета сухого газа, показанную в таблице 2.2

Другие составляющие газа остаются без изменения.

Таблица – 2.2 Состав влажного рабочего газа, %

Определяем теплоту сгорания газа по формуле:

Q_н= 358,2CH₄ + 637,5 С₂Н₆ + 912,5 С₃Н₈ + 1186,5 С₄Н₁₀ + 1460,8 С₅Н₁₂, (2.2)

где

Q_н – теплопроводность топлива, кДж\нм³;

CH₄, С₂Н₆, С₃Н₈, С₄Н₁₀, С₅Н₁₂ – составляющие элементы топлива, %.

Q_н= 358,2 * 94,9 + 637,5 * 0,5 + 912,5 * 0,4 + 1186,5 * 0,2 + 1460,8 * 0,2 = 33993,2 + 318,75 + 365 + 237,3 + 292,16 = 35206, кДж\нм³

Находим теоретически необходимое количество сухого воздуха по формуле:

L_o = 0,0476(2СН₄ + 3,5С₂Н₆ + 5С₃Н₈ + 6,5С₄Н₁₀ + 8С₆Н₁₂), (2.3)

где

L_o – расход воздуха, нм³\нм³.

L_o = 0,0476(2*94,9 + 3,5*0,5 + 5*0,4 + 6,5 * 0,2 + 8 * 0,2) = 0,0476(189,8 + 1,75 + 2 + 1,3 + 1,6)= 9,35102, нм³\нм³

Принимаем влагосодержание атмосферного воздуха d= 10 г\кг сухого воздуха и находим теоретически необходимое количество атмосферного воздуха с учетом его влажности по формуле:

L_o^/ = 1,016 * L_o, (2.4)

где

L_o^/ - расход атмосферного воздуха, нм³\нм³.

L_o^/ = 1,016 * 9,35102 = 9,5006, нм³\нм³

Действительное количество воздуха при коэффициенте расхода α = 1,2 находим по формуле:

Сухого воздуха

L_α = α L_o, (2.5)

где

L_α – действительный расход топлива, нм³\ нм³;

α– коэффициент расхода воздуха.

L_α = 1,2 * 9,35102 = 11,22, нм³\нм³

Атмосферного воздуха

L_α^’ = 1,016 L_α, нм³\нм³

L_α^’ = 1,016 * 11,221 = 11,4, нм³\нм³

Определяем количество и состав продуктов горения при α =1,2 по формулам:

V _CO2 = 0,01 (CO₂ + CН₄ + 2C₂H₆ + 3C₃H₈ + 4C₄H₁₀ + 5C₅H₁₂), (2.6)

где

Vсо₂, Vн₂о, VN₂, Vо₂ – объем продуктов горения, нм³\ нм³.

V_H2O = 0,01 (2CH₄ + 3C₂H₆ + 4 C₃H₈ + 5 C₄H₁₀ + 6 C₅H₁₂ + H₂O + 0,16 d L_α), (2.7)

V N₂ = 0,79 L_α + 0,01N₂, (2.8)

Vо₂= 0,21 (α – 1) L_o, (2.9)

Vсо₂ = 0,01 (0,2 + 94,9 + 2 * 0,5 + 3 * 0,4 + 4*0,2 + 5 * 0,2)= 0,01(95,1 + 1 + 1,2 + 0,8 + 1) = 0,991, нм³\ нм³

Vн₂о = 0,01 (2 * 94,9 + 3 * 0,5+ 4 * 0,4+ 5 * 0,2 + 6 * 0,2 + 1,1 + 0,16 * 10 * 11,221)=0,01 (189,8 + 1,5 + 1,6 + 1 + 1,2 + 1,1 + 17,9536) = 2,142, нм³\ нм³

VN₂= 0,79 * 11,221 + 0,01 * 2,5 = 8,864 + 0,025 = 8,889, нм³\ нм³

Vо₂ = 0,21 (1,2 – 1) 9,35102 = 0,393, нм³\ нм³

Общее количество продуктов горения составляет:

V_α = Vсо₂ + Vн₂о + V N₂ + Vо₂, (2.10)

где

V_α – общий объем продуктов горения при α = 1, нм³\ нм³.

V_α = 0,991 + 2,1415 + 8,889 + 0,3927 = 12,4141, нм³\ нм³

Определяем процентный состав продуктов горения:

СО₂ = (Vсо₂* 100) \ V_α, (2.11)

Н₂О = (Vн₂о * 100) \ V_α, (2.12)

N₂ = (V N₂* 100) \ V_α, (2.13)

O₂ = (Vо₂ * 100) \ V_α, (2.14)

где

СО₂, Н₂О, N₂, O₂ – составляющие дымовых газов. %.

СО₂ = (0,991 * 100) \ 12,4141= 7,9854_, %

Н₂О = (2,1415 * 100) \ 12,4141= 17,25, %

N₂ = (8,889 * 100)\ 12,4141 = 71,63, %

O₂ = (0,3927 * 100)\ 12,4141 = 3,16, %

Всего: 100,0 %

Составляем материальный баланс процесса горения на 100 нм³ газа при α =1,2 показанную в таблице 2.3

Таблица 2.3- Материальный баланс процесса горения

Невязка баланс составляет: 100*0,42/1535,89=0,03%

Определяем теоретическую температуру горения. Для этого находим теплосодержание продуктов горения с учетом подогрева воздуха до t_{во з}= 700⁰С при α=1,2

По i – t диаграмме или по приложению находим теплоту нагрева атмосферного воздуха: i_воз=1110 кдж/нм³.

Тогда i_обш=35206/12,5+11,4*1110,0/12,5=2816+1019=3835 кдж/нм³

По i – t диаграмме или по приложению находим теоретическую температуру горения при α =1,2 - t_теор1500⁰С. Калометрическая температура горения по этой же диаграмме (пунктирные линии) при α=1,2 – t_к=1334⁰С

Для сравнения определим калометрическую температуру горения с помощью таблиц энтальпии. Задаемся температурами t₁=850⁰С и t₂=900⁰С. Теплота продуктов горения для температур t₁ в t₂ определяется с помощью приложения.

Следовательно: 1350,1 > i_обш > 1261,9

1350,1 - 1261,9 = 88,2 соответствует 100⁰С;

3835 – 1261,9 = 2573,1

∆t = 2573,1*100/186 = 1383⁰ , отсюда t_к = 1334+1383 = 2717⁰С