Анализ.

Решение.

Очевидно, что состав топочного газа не зависит от количества сжигаемого топлива, а определяется соотношением топливо/воздух. Поэтому, для удобства рассуждений, все расчетные уравнения будем получать для 1 моля топливной смеси. Результаты рассуждений сведем в таблицу.

Используя стехиометрические соотношения реакций окисления, определим потребность в кислороде для каждой реакции отдельно и суммарную потребность для двух реакций.

Задав коэффициент избытка кислорода (A) определим фактический расход кислорода на входе в печь. Из расхода кислорода получим расход азота, используя его соотношение с кислородом в сухом воздухе. Задав мольную долю влаги во влажном воздухе (w), выразим мольный поток влаги.

Для каждой реакции на основе стехиометрических соотношений выражаем приращения количества веществ. Для реагентов приращения отрицательные, для продуктов – положительные.

Выражаем конечные количества как сумму исходного количества и приращения.

Выражаем концентрации компонентов в топочном газе.

Материальный расчет совмещен с тепловым расчетом и реализован в Mathcad.

Анализ.

Количество образовавшегося оксида углерода (IV) и водяного пара определяется количеством окисленной углеводородной смеси и при любом коэффициенте избытка кислорода воздуха постоянно. С увеличением расхода подаваемого в печь воздуха растет поток топочного газа. Таким образом, постоянное количество образовавшегося оксида углерода (IV) содержится во все большем потоке топочного газа, что обусловливает снижение его мольной (объемной) доли. Водяной пар приходит в печь с влажным воздухом. Количество пришедшего водяного пара пропорционально расходу воздуха. Количество водяного пара, полученного при окислении топлива, постоянно. Поэтому, также как и в случае CO₂, с увеличением коэффициента избытка кислорода воздуха концентрация водяного пара снижается и в пределе асимптотически приближается к его концентрации во влажном воздухе.

При А=1 весь кислород расходуется на окисление, его концентрация в топочном газе равна 0. Увеличение потока воздуха на входе приводит к росту концентрации кислорода в топочном газе, которая в пределе асимптотически стремится к концентрации кислорода во входном потоке влажного воздуха.

Реакция (1)	CH4 +		2O2 =	CO2 +	2H2O	N2	сумма
Реакция (2)		2C2H6 +	7O2 =	4CO2 +	6H2O
Потребность в кислороде, моль	Реакция (1)	Z		2*Z	А – коэффициент избытка кислорода воздуха
Реакция (2)		1-Z	7*(1-Z)/2
всего		3.5-1.5*Z
Исходная смесь, моль	Z	1-Z	(3.5-1.5* Z)*A		(3.5-1.5*Z)*A/ 0.21/(1-w)*w	(3.5-1.5*Z)* A*79/21	1+(3.5-1.5*Z)* А*(1+w/(1-w))/0.21
Приращение количества, моль	Реакция (1)	-Z		-2*Z	Z	Z*2
Реакция (2)		-(1-Z)	-7*(1-Z)/ 2	(1-Z)*4 /2	(1-Z)*6/2		(1-Z)/2
всего	-Z	-1+Z	-3.5+1.5* Z	2-Z	3-Z		(1-Z)/2
Конечная смесь	Количество, моль			(3.5-1.5* Z)*(A-1)	2-Z	2.3*A/0.21/(1-w)*w+3-Z	(3.5-1.5*Z)* A*79/21	1+(1-Z)/2+(3.5-1.5*Z)*А*(1+w/(1-w))/0.21=G(A,Z,w)
Концентрация, доли			(3.5-1.5* Z)*(A-1)/ G(A,Z,w)	(2-Z)/ G(A,Z,w)	(2.3*A/0.21/(1-w)*w+3-Z)/ G(A,Z,w)	(3.5-1.5*Z)* A*79/21/ G(A,Z,w)

Реакции окисления углеводородов сопровождаются увеличением количества газовой смеси. При окислении метана каждые 2 моля ушедшего кислорода приводят к появлению в газовой смеси 1 моля оксида углерода (IV) и 2 молей водяного пара. При окислении этана каждые 7 молей ушедшего кислорода приводят к появлению в смеси 4 молей оксида углерода (IV) и 6 молей водяного пара. Абсолютное увеличение количества газообразной смеси постоянно, так как определяется количеством окисленного топлива, и приводит к максимальному снижению концентрации азота при А=1. Рост расхода воздуха на входе в печь приводит к росту концентрация азота в топочном газе.

Теплота, выделяемая при окислении углеводородов и идущая в адиабатическом режиме на разогрев реакционной смеси, при фиксированном расходе топлива, постоянна. Поэтому с ростом коэффициента избытка кислорода воздуха увеличивается поток топочного газа, а его температура понижается.

Тепловой поток, переносимый топочным газом, определяется теплотой, выделяемой при окислении углеводородного топлива, и практически очень слабо зависит от расхода холодного воздуха на входе в печь. Теплота, идущая на получение пара, равна разности тепловых потоков топочного газа, входящего и выходящего из котла утилизатора. Температура выходящего топочного газа зафиксирована, поэтому больший расход топочного газа, отвечающий большим значениям коэффициента избытка кислорода воздуха на входе в печь, выносит больший тепловой поток из котла-утилизатора. Соответственно, меньший тепловой поток идет на получение энергетического пара. Что и приводит к снижению паропроизводительности с ростом расхода воздуха на входе в печь.

Пример 2:

Задача. В печи протекает процесс обжига твердого влажного вещества в потоке влажного воздуха по реакции 2А+О₂=2АО. Рассчитать зависимости мольных концентраций газообразных компонентов в топочном газе от коэффициента избытка кислорода воздуха.

Рассчитать зависимость температуры в печи в адиабатическом режиме от коэффициента избытка кислорода воздуха для разных значений влажности твердого вещества (А).

Рассчитать зависимость удельной производительности по перегретому (температура 450 ^оС) пару от коэффициента избытка кислорода воздуха для разных значений влажности твердого вещества (А). Топочный газ выходит из котла при температуре 300 ^оС, Температура циркулирующей паро-водяной эмульсии 250 ^оС.

Дата добавления: 2015-07-18