Расчет горения топлива

 

Основным топливом служит природный газ из групп северных месторождений Западной Сибири. Транспортируется он по газопроводу. Резервным топливо служит мазут. Для его использования имеется циркуляционный магистральный мазутопровод от мазутного хозяйства комбината до цеха, а также разводка его до каждой печи. В таблице 9 показан состав сухого газа.

 

Таблица 2 - Состав сухого газа

СН4, %	С2Н6, %	С3Н8, %	С4Н8, %	N2, %	СО2, %	Сумма, %
98,16	0,7	0,22	0,05	0,82	0,05	100

 

Топливо считается с коэффициентом расхода воздуха α = 1,14. Воздух, идущий на горение, нагревается до температуры 700°С.

Принимаем содержание влаги в воздухе 1,0%. Пересчитаем состав сухого газа на влажный рабочий газ:

 

= СН₄∙(100-Н2О/100) = 98,16∙(100-1/100) = 97,18

 

Составляющие сводим в таблицу 3.

 

Таблица 3 - Состав влажного газа

СН₄ ,

%С₂Н₆ ,

%С₃Н₈ ,

%С₄Н₁₀ ,

%N₂ ,

%CO₂ ,

%H₂O ,

%Сумма,

%
97,18	0,69	0,22	0,05	0,81	1,0	0,05	100

 

 

Определим теплоту сгорания газа по следующей формуле:

 

 (1)

 

Находим теоретически необходимое количество сухого воздуха:

 

Lтеор=0,264/100∙ +∆L. (2)

 

Находим теоретически необходимое количество воздуха с учетом его

влажности по формуле:

 

L´теор=1,016∙Lтеор. (3)

 

L´теор=1,016∙9,4 = 9,55 м³/м³

Действительное количество воздуха при коэффициенте расхода α = 1,14:

сухого: Lα= 1,14∙9,4 = 10,716 м³/м³;

атмосферного: L´α = 1,14∙9,55 = 10,887 м³/м³

Определим количество и состав продуктов горения при α = 1,14 по формулам:

 

VС02 = 0,01 ∙(СО2+СН4+2С2Н6+3С3Н8+4С4Н10). (4)

 

VС02=0,01∙(0,05+97,18+2∙0,69+3+0,22+4∙0,05) = 0,995 м³/м³

 

VН2О=0,01∙(Н20+2∙СН4+3∙С2Н6+4∙С3Н8+5∙С4Н10+0,16∙d∙Lα), (5)

 

 

где d - влагосодержание атмосферного воздуха, d=10г/кгс. в.

VН2О=0,01∙(1+2∙97,18+3∙0,69+4∙0,22+5∙0,05+0,16∙10∙10,72)=2,166 м³/м³

 

VN2=0,79∙Lα+0,01∙N2. (6)

 

VN2 = 0,79 ∙ 10,72 + 0,01 ∙ 0,81 =8,48 м³/м³

 

VO2 = 0,21 ∙ (α - 1) ∙ Lтеор. (7)

 

VO2 = 0,21 ∙ (1,14 - 1) ∙ 9,4 = 0,276 м³/м³

Общее количество продуктов горения составляет:

Vα = 0,995 + 2,166 + 8,48 +0,276 = 11,917 м³/м³

Находим процентный состав продуктов горения по формулам:

 

СО2 = (100 ∙ VСO2)/ Vα. (8)

 

СО2 = (100 ∙ 0,955)/ 11,917 = 8,3%;

 

Н2О = (100 ∙ VН2О)/ Vα. (9)

 

Н2О = (100 ∙ 2,166)/11,917 = 18,2%;

 

N2 = (100 ∙ VN2)/ Vα. (10)

 

N2 = (100 ∙ 8,48)/ 11,917 = 71,2%

 

О2 = 100∙VО2)/ Vα∙ L. (11)

 

О2 = (100 ∙ 0,276)/ 11,917 = 2,3%

Всего: 100%

Составляем материальный баланс процесса горения (таблица 4). Он необходим для определения количества воздуха, пошедшего на горение, и продуктов сгорания в результате горения.

 

Таблица 4 - Материальный баланс процесса горения

Приход	кг	Расход	кг
природный газ: СН4 = 97,18 ∙ 0,717 С2Н6 = 0,69 ∙1,356 С3Н8 = 0,22 ∙ 2,020 С4Н10 = 0,05 ∙ 2,840 СО2 = 0,05 ∙ 1,977 Н2О = 1,0 ∙ 0,804 Воздух: О2 =9,43 ∙ 21 ∙1,14 ∙1,429	69,678 0,936 0,444 0,142 0,099 0,804 322,603	продукт горения: СО2 = 0,995 ∙ 100∙ ∙1,977 Н2О = 2,166 ∙ 100∙ ∙0,804 N2 = 8,48 ∙100 ∙1.251 O2 = 0,276 ∙100 ∙1,429 Невязка:	196,711 174,146 1060,848 39,440 -0,191
N2 = 198.03 ∙ 1,14 ∙3,762∙ ∙1,251 Н2О = 0,16 ∙ 10∙10,72 ∙0,804	1062,458 13,790
Итого:	1470,954	Итого:	1470,954

 

Невязка баланса составляет: (100∙0,191):1470,954 = 0,013%

Определим теоретическую температуру горения. Для этого находим теплосодержание продуктов горения с учетом подогрева воздуха до температуры 700°С при α = 1,14.

По i-t-диаграмме находим теплоту нагрева атмосферного воздуха, iвозд = 960 кДж/м³.

 

Тогда iобщ = Qн/ Vα+Lα∙iвозд/Vα = 35509,84/11,917 + 10,887*960/11,917 = 3856,79 кДж/м³

 

По i-t-диаграмме при а = 1,14 теоретическая температура горения 1 теор = 2120°С, а калориметрическая температура горения tк = 2308°С.

Определим калометрическую температуру горения с помощью таблиц энтальпий, для этого задаемся температурами t1 = 2200°С и t2 = 2300°С. Теплота продуктов горения для температур t1 и t2 определяется с помощью приложения.

При T1 = 2200°С: При T2 = 2300°С:

СО₂ = 0,080∙5387,0 = 430,96; СО₂ = 0,080∙5658,7 = 452,70;

Н₂О = 0,172∙4402,2 = 757,18; Н₂О = 0,172∙4643,8 - 798,73;

N₂ = 0,716∙3289,3 = 2355,14; N₂ = 0,716∙3452,6 = 2472,06;

О₂ = 0,032∙3482,7 = 111,45;                  О₂ = 0,032∙3656,5 = 117,01;

il = 3654,73 кДж/м³.                             i2 = 3840,5 кДж/м³.

Следовательно, 3840,5> i_общ <3654,73

,79-3654,73 = 200,54

∆t = 200,54∙100/186 = 108, следовательно, tК = 2200+108 = 2308°С

Определим действительную температуру горения при коэффициенте η=0,8:

 

iдейст = iобщ∙η = 3856,79∙0,8 = 3084,2 кДж/м³

 

Действительная температура горения по i-t-диаграмме при α = 1,14 с учетом диссоциации равна 1810°С.